- Nazwa przedmiotu:
- Metody numeryczne w wymianie ciepła
- Koordynator przedmiotu:
- prof. dr hab. inż. Jerzy Banaszek
- Status przedmiotu:
- Obowiązkowy
- Poziom kształcenia:
- Studia II stopnia
- Program:
- Mechanika i Budowa Maszyn
- Grupa przedmiotów:
- Obowiązkowe
- Kod przedmiotu:
- ML.NK347
- Semestr nominalny:
- 1 / rok ak. 2015/2016
- Liczba punktów ECTS:
- 3
- Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
- Liczba pracy studenta - 75 godzin, obejmuje:
1) 55 godzin kontaktu bezpośredniego, w tym:
a) udział w wykładach - 30 godzin;
b) udział w laboratoriach - 15 godzin;
c) udział w konsultacjach - 10 godzin;
2) 20 godzin pracy własnej poświęconej poszerzeniu wiedzy teoretycznej z wykorzystaniem zalecanej literatury oraz ćwiczeniom komputerowym dla poznania działania komercyjnych kodów symulacji zagadnień mechaniki płynów i wymiany ciepła w zastosowaniach inżynierskich.
- Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
- 2,2 punktu ECTS - 55 godzin kontaktu bezpośredniego, w tym:
a) wykłady - 30 godzin;
b) laboratoria - 15 godzin,
c) konsultacje - 10 godzin;
- Język prowadzenia zajęć:
- polski
- Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
- 1,4 punktu ECTS - 35 godzin, obejmuje :
1) 15 - godzin pracy laboratorium,
2) 10 - konsultacje przy programie komputerowym.
3) 10 godzin pracy własnej - praca w laboratorium komputerowym.
- Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
-
- Wykład30h
- Ćwiczenia0h
- Laboratorium15h
- Projekt0h
- Lekcje komputerowe0h
- Wymagania wstępne:
- NW122 - Mechanika płynów 1 (MP1).
NK481 - Równania różniczkowe cząstkowe (RRC).
NK423 - Wymiana ciepła 1 (WYCIEP1).
NW414 - Informatyka 2 (INFA2).
- Limit liczby studentów:
- 60
- Cel przedmiotu:
- Znajomość podstaw współczesnych technik symulacji komputerowej zagadnień mechaniki płynów i wymiany ciepła (metod objętości kontrolnych i elementów skończonych) oraz umiejętność ich zastosowania w modelowaniu wybranych zagadnień inżynierskich przy wykorzystaniu wybranego komercyjnego kodu komputerowego (Ansys Fluent).
- Treści kształcenia:
- Wykład:
1. Od rzeczywistości do jej symulacji komputerowej - etapy budowy modelu.
2. Model matematyczny ruchu płynu nieściśliwego i wymiany ciepła – całkowe i różniczkowe równania zachowania.
3. Metody dyskretyzacji obszaru geometrycznego.
4. Przegląd współczesnych metod numerycznych mechaniki płynów i wymiany ciepła – Metoda Objętości Kontrolnych (MOK), Metoda Elementów Skończonych (MES).
5. Modelowanie ustalonej i nieustalonej dyfuzji na siatkach objętości kontrolnych i elementów skończonych.
6. Modelowanie konwekcyjno-dyfuzyjnego transportu wielkości polowej – techniki pod prąd w modelach MOK i MES.
7. Analiza dokładności modelu numerycznego – zgodność, stabilność, zbieżność, ocena dokładności na siatkach o umiarkowanych gęstościach.
8. Przegląd algorytmów obliczeniowych metod MOK i MES w zagadnieniach konwekcji płynu nieściśliwego.
9. Przegląd metod rozwiązania układów liniowych równań algebraicznych.
10. Wprowadzenie do modelowania turbulencji.
11. Ocena wiarygodności symulacji komputerowej zagadnień ruchu płynu i wymiany ciepła – weryfikacja i walidacja obliczeń, przykłady.
Laboratorium komputerowe:
1. Wprowadzenie do obsługi programu ANSYS GAMBIT - tworzenie geometrii obszaru dwuwymiarowego, strukturalnych i niestrukturalnych siatek objętości kontrolnych, typów warunków brzegowych, typów obszarów, wykorzystanie zaawansowanych funkcji do lokalnego zagęszczania siatki.
2. Wprowadzenie do obsługi programu ANSYS FLUENT - wczytywanie i diagnostyka siatki, warunki brzegowe i początkowe, własności materiałowe, ustawienia solvera, graficzna prezentacja wyników, UDF (User Defined File).
3. Przykłady modelowania w kodzie Fluent: termiczna konwekcja swobodna w kostce, promieniowanie cieplne, konwekcja termiczno – stężeniowa w kostce, konwekcja swobodna w ośrodku porowatym, wymiana ciepła w łopatce turbiny.
- Metody oceny:
- Końcowa ocena jest sumą 70% oceny z testu teoretycznego z zakresu wykładu oraz 30% testu praktycznego z zajęć laboratoryjnych.
- Egzamin:
- nie
- Literatura:
- 1. C. Hirsch, „Numerical Computation ofIinternal and External Flows”, second edition, Elsevier, Amsterdam, 2007.
2. S.V. Patankar, „Numerical Heat Transfer and Fluid Flow”, Mc Graw-Hill, 1980.
3. H.K. Versteeg and W. Malalasekera, “An Introduction to Computational Fluid Dynamics, The Finite Volume Method”, second edition, Pearson Prentice House, London, 2007.
4. O.C. Zienkiewicz, R.L. Taylor & P. Nithiarasu, „The Finite Element Method for Fluid Dynamics, Sixth Edition”, Elsevier, Amsterdam, 2005.
Dodatkowa literatura:
1. J. Szargut, et. al., „Modelowanie numeryczne pól temperatury”, WNT, 1992.
2. R.W. Ledwis, P. Nithiarasau and K.N. Seetharamu, „Fundamentals of the Finite Element Method for Heat and Fluid Flow”, John Wiley & Sons, Chichester, 2004.
3. Materiały w formie slajdów (pliki pdf) dostarczone przez wykładowcę.
- Witryna www przedmiotu:
- www.itc.pw.edu.pl
- Uwagi:
Efekty uczenia się
Profil ogólnoakademicki - wiedza
- Efekt ML.NK347_W1
- Rozumie podstawowe założenia, zalety i ograniczenia symulacji komputerowej rzeczywistych procesów i układów.
Weryfikacja: Test teoretyczny na koniec semestru.
Powiązane efekty kierunkowe:
MiBM2_W01, MiBM2_W03, MiBM2_W08
Powiązane efekty obszarowe:
T2A_W01, T2A_W07, T2A_W03, T2A_W07, T2A_W04, T2A_W05, T2A_W07
- Efekt ML.NK347_W2
- Zna podstawy współczesnych metod modelania numerycznego zagadnień mechaniki płynów i wymiany ciepła, w tym w szczególności metod objętości kontrolnych i elementów skończonych.
Weryfikacja: Test teoretyczny na koniec semestru.
Powiązane efekty kierunkowe:
MiBM2_W01, MiBM2_W03, MiBM2_W08
Powiązane efekty obszarowe:
T2A_W01, T2A_W07, T2A_W03, T2A_W07, T2A_W04, T2A_W05, T2A_W07
- Efekt ML.NK347_W3
- Zna podstawowe metody analizy i oszacowania błędów rozwiązań numerycznych dla zagadnień opisanych cząstkowymi równaniami różniczkowymi
Weryfikacja: Test teoretyczny na koniec semestru.
Powiązane efekty kierunkowe:
MiBM2_W01, MiBM2_W03, MiBM2_W08
Powiązane efekty obszarowe:
T2A_W01, T2A_W07, T2A_W03, T2A_W07, T2A_W04, T2A_W05, T2A_W07
- Efekt ML.NK347_W4
- Ma podstawową wiedzę z zakresu oceny wiarygodności modeli symulacyjnych w procedurach weryfikacji i walidacji.
Weryfikacja: Test teoretyczny na końcu semestru.
Powiązane efekty kierunkowe:
MiBM2_W01, MiBM2_W03, MiBM2_W08
Powiązane efekty obszarowe:
T2A_W01, T2A_W07, T2A_W03, T2A_W07, T2A_W04, T2A_W05, T2A_W07
Profil ogólnoakademicki - umiejętności
- Efekt ML.NK347_U1
- Potrafi sformułować model numeryczny, świadomie wybrać metodę dyskretyzacji i algorytm rozwiązania.
Weryfikacja: Test praktyczny (laboratorium komputerowe).
Powiązane efekty kierunkowe:
MiBM2_U10, MiBM2_U11, MiBM2_U13, MiBM2_U21, MiBM2_U22
Powiązane efekty obszarowe:
T2A_U08, T2A_U09, T2A_U08, T2A_U09, T2A_U08, T2A_U09, T2A_U17, T2A_U18
- Efekt ML.NK347_U2
- Posiada umiejętność wykorzystania komercyjnych kodów (w tym, w szczególności programów GAMBIT i FLUENT lub FIDAP) w symulacji numerycznej zagadnień inżynierskich, w tym tworzenia UDF (User Define Function) oraz UDM (User Define Memory) z wykorzystaniem programowania w języku C.
Weryfikacja: Test praktyczny (laboratorium komputerowe).
Powiązane efekty kierunkowe:
MiBM2_U07, MiBM2_U13
Powiązane efekty obszarowe:
T2A_U07, T2A_U08, T2A_U09
- Efekt ML.NK347_U3
- Potrafi zinterpretować wyniki obliczeń numerycznych pod kątem ich zgodności z fizyką zjawiska oraz dokładności modelu przybliżonego.
Weryfikacja: Test praktyczny (laboratorium komputerowe).
Powiązane efekty kierunkowe:
MiBM2_U10, MiBM2_U11, MiBM2_U13
Powiązane efekty obszarowe:
T2A_U08, T2A_U09, T2A_U08, T2A_U09, T2A_U08, T2A_U09