Politechnika
Warszawska

Katalog
ECTS

Nazwa przedmiotu:

Obliczeniowa mechanika płynów

Koordynator przedmiotu:

dr hab. inż. Łukasz Makowski, profesor uczelni

Status przedmiotu:

Obowiązkowy

Poziom kształcenia:

Studia II stopnia

Program:

Inzynieria Chemiczna i Procesowa

Grupa przedmiotów:

obowiązkowe

Kod przedmiotu:

1070-IC000-MSP-212

Semestr nominalny:

2 / rok ak. 2019/2020

Liczba punktów ECTS:

5

Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:

1. Godziny kontaktowe z nauczycielem akademickim wynikające z planu studiów. 60 2. Godziny kontaktowe z nauczycielem akademickim w ramach konsultacji, egzaminów, sprawdzianów etc. 15 3. Godziny pracy samodzielnej studenta w ramach przygotowania do zajęć oraz opracowania sprawozdań, projektów, prezentacji, raportów, prac domowych etc. 50 4. Godziny pracy samodzielnej studenta w ramach przygotowania do egzaminu, sprawdzianu, zaliczenia etc. 20 Sumaryczny nakład pracy studenta 145

Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:

-

Język prowadzenia zajęć:

polski

Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:

-

Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:

• Wykład30h
• Ćwiczenia0h
• Laboratorium30h
• Projekt0h
• Lekcje komputerowe0h

Wymagania wstępne:

Zdany egzamin z Mechaniki płynów.

Limit liczby studentów:

-

Cel przedmiotu:

1. Nabycie wiedzy na temat obliczeniowych analiz przepływów. 2. Nabycie umiejętności związanych z wykorzystaniem kodu numerycznego do symulacji prostych procesów inżynierii chemicznej i procesowej. 3. Uzyskanie przez studenta podstawowej wiedzy z zakresu numerycznej symulacji transportu pędu, energii i masy oraz praktycznego rozwiązania w/w zagadnień z wykorzystaniem solvera CFD.

Treści kształcenia:

Wykład 1. Wprowadzenie - zalety stosowania analiz CFD, CFD jako narzędzie projektowe, obszary zastosowań CFD w inżynierii chemicznej i procesowej. 2. Pakiety komercyjne CFD: typy pakietów, cechy charakterystyczne i użytkowe, wymagania hardware’owe, przewidywane kierunki rozwoju. 3. Numeryczne metody rozwiązywania równań bilansu transportu, Solvery bazujące na metodzie objętości skończonej. 4. Podstawowe etapy procesu analizy numerycznej – konstruowanie siatek numerycznych, warunki brzegowe, rozwiązania numeryczne, błędy dyskretyzacji, błędy użytkownika, interpretacja wyników obliczeń. 5. Modele szczegółowe CFD: przepływy burzliwe, płyny nienewtonowske, media porowate, przepływy płynów dwufazowych, przepływ płynów z jednoczesną reakcją chemiczną, promieniowanie. 6. Prezentacja wybranych zastosowań CFD w procesach inżynierii chemicznej: filtracja, krystalizacja, mieszanie, mikro- i nano-procesy, pompy, precypitacja, reaktory chemiczne i biochemiczne, suszenie, symulacje wielkowirowe, układy ciecz-ciecz i ciecz-ciało stałe, układy gaz-ciało stałe, układy gaz-ciecz, wymienniki ciepła. Laboratorium 1. Wprowadzenie do laboratorium. Omówienie podstawowych etapów procesu analizy numerycznej. Zapoznanie z pakietem Ansys CFD. 2. Przegląd współczesnych metod numerycznych mechaniki płynów i wymiany ciepła – Metoda Objętości Kontrolnych (MOK), Metoda Elementów Skończonych (MES). 3. Przygotowanie modelu i zasady tworzenia siatek numerycznych. Omówienie metod dyskretyzacji przestrzennej i czasowej. 4. Omówienie różnych typów warunków brzegowych i początkowych. 5. Schematy różnicowe dla równań różniczkowych cząstkowych oraz ich stabilność. Wybór metod numerycznych w celu uzyskania zbieżności obliczeń. 6. Analiza modelu numerycznego – zgodność, stabilność, zbieżność rezultatów. Ocena dokładności wyników w zależności od jakości zastosowanej siatki numerycznej. Obróbka i interpretacja wyników. 7. Omówienie walidacji i weryfikacji uzyskiwanych wyników numerycznych. Analiza błędów numerycznych. 8. Indywidualny projekt obliczeniowy dotyczący wykorzystania obliczeniowej mechaniki płynów w procesach inżynierii chemicznej i procesowej, takich jak: filtracja, krystalizacja, mieszanie, mikro- i nano-procesy, pompy, precypitacja, reaktory chemiczne i biochemiczne, suszenie, układy ciecz-ciecz i ciecz-ciało stałe, układy gaz-ciało stałe, układy gaz-ciecz, wymienniki ciepła.

Metody oceny:

1. sprawdzian pisemny 2. kolokwium 3. referat 4. sprawozdanie 5. dyskusja 6. seminarium

Egzamin:

nie

Literatura:

1. J. H. Ferziger, M. Perić, Computational methods for fluid dynamics, 1996. 2. J. D. Anderson, Computational fluid dynamics, 1995 3. Z. Jaworski, Numeryczna mechanika płynów w inżynierii chemicznej i procesowej, 2005 4. T. J. Chung, Computational fluid dynamics, 2002 5. W. Prosnak, Wprowadzenie do numerycznej mechaniki płynów, 1993. 6. C. A. J. Fletcher, Computational techniques for fluid dynamics, 2002.

Witryna www przedmiotu:

brak

Uwagi:

Wykład: Wykład składa się z 15 wykładów po 2 h każdy. Na przedostatnim wykładzie w semestrze odbywa się sprawdzian pisemny. Na ostatnim wykładzie w semestrze odbywa się pisemny sprawdzian poprawkowy. Zaliczenie składa się z pytań teoretycznych. Trwa 90 min. Każdy student ma prawo do dwóch terminów w ciągu roku akademickiego (egzamin i egzamin poprawkowy). Zaliczenie wykładu jest oceniane w skali od 0 do 50 punktów. W celu zaliczenia wykładu wymagane jest uzyskanie co najmniej 25,5 punktów. Zaliczenie wykładu jest warunkiem zaliczenia całego przedmiotu. Podczas zaliczenia wykładu można korzystać jedynie z klasycznych kalkulatorów; nie wolno w celach kalkulacyjnych korzystać z telefonów, smartfonów, tabletów czy notebooków; nie wolno korzystać z notatek i innych pomocy dydaktycznych. Laboratorium: Do udziału w zajęciach laboratoryjnych nie jest wymagane zaliczenie części wykładowej. Laboratorium składa się z 10 spotkań po 3 h każdy, w celu przedstawienia praktycznych aspektów obliczeniowej mechaniki płynów. Zajęcia odbywają się w sali komputerowej. W trakcie semestru należy wykonać dwa projekty i przedłożyć je do oceny prowadzącemu zajęcia w terminie 2 tygodni od daty wydania. Zadania studenci wykonują w zespołach do 5 osób. Zaliczenie odbywa się na podstawie złożonego projektu oraz ustnego kolokwium projektowego. Na zaliczenie student powinien znać treść, sposób wykonania oraz zagadnienia teoretyczne stanowiące podstawę wykonania obliczeń projektowych. Za pierwszy projekt można uzyskać maksymalnie 20 punktów a za drugi projekt 30 punkty. Do zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych wymagane jest uzyskanie co najmniej 25,5 punktu. Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych jest warunkiem przystąpienia do zaliczenia wykładu. Warunkiem zaliczenia przedmiotu jest uzyskanie pozytywnych ocen z części wykładowej i projektowej. Oceny końcowe z ćwiczeń projektowych i zaliczenia wykładu są wystawiane wg następującej skali: <50.5 pkt –2,0; 50.5÷60,0 – 3,0; 60,5÷70,0 – 3,5; 70,5÷80,0 –4,0; 80,5÷85,0 –4,5; 90,5÷100,0 – 5,0. Osoby, które uzyskają ocenę 4.5 lub większą otrzymają certyfikat potwierdzający ukończenie kursu oprogramowania Ansys. W przypadku nieuzyskania zaliczenia przedmiotu konieczne jest jego powtórzenie w kolejnym cyklu realizacji zajęć, przy czym powtórzeniu podlega jedynie ta część przedmiotu (wykład i/lub laboratorium), z której student nie uzyskał oceny pozytywnej.

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka W1

Student rozszerza swoją wiedzę o praktyczne zastosowania metod rozwiązywania równań różniczkowych. Umie prawidłowo zdefiniować warunki brzegowe i początkowe tych równań.
Weryfikacja: sprawdzian pisemny, kolokwium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K2_W01, K2_W02, K2_W04
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_W, I.P7S_WG.o, III.P7S_WG

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka U1

Student potrafi symulować przebieg wybranych procesów inżynierii chemicznej i procesowej (w tym zjawisk przenoszenia pędu, masy i energii) z wykorzystaniem obliczeniowej mechaniki płynów.
Weryfikacja: sprawdzian pisemny, kolokwium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K2_U04
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_U, I.P7S_UW.o, III.P6S_UW.o

Charakterystyka U2

Student potrafi formułować zasady budowy modeli numerycznych na potrzeby wspomagania prac inżynierskich w aplikacjach inżynierii chemicznej i procesowej.
Weryfikacja: kolokwium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K2_U07
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_U, I.P7S_UW.o, III.P7S_UW.o

Charakterystyka U3

Student potrafi wykorzystać obliczeniową mechanikę płynów do modelowania pracy reaktorów chemicznych i biochemicznych. Zapoznał się z prawidłową walidacją i weryfikacją rezultatów obliczeń numerycznych.
Weryfikacja: sprawdzian pisemny, kolokwium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K2_U07
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_U, I.P7S_UW.o, III.P7S_UW.o

Charakterystyka U4

Potrafi współpracować w zespole w celu wspólnego wykonania i prezentacji zadania projektowego.
Weryfikacja: referat, sprawozdanie, dyskusja, seminarium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K2_U08
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_U, I.P7S_UO

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Charakterystyka KS1

W sposób zrozumiały podaje do wiadomości publicznej informacje o inżynierii chemicznej.
Weryfikacja: referat, sprawozdanie, dyskusja, seminarium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K2_K04
Powiązane charakterystyki obszarowe: P6U_K, I.P6S_KO, I.P6S_KR