Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Obliczeniowa mechanika płynów
Koordynator przedmiotu:
dr inż. Liliana Mirosz
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia II stopnia
Program:
Inżynieria Środowiska
Grupa przedmiotów:
Podstawowe
Kod przedmiotu:
1110-ISSCiG-MSP-2204
Semestr nominalny:
2 / rok ak. 2023/2024
Liczba punktów ECTS:
3
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
Wykład 15h + Zajęcia komputerowe 30h + Studia literaturowe 10h + Zadanie projektowe 30h = Razem 80h
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
1,5
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
nie dotyczy
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład15h
  • Ćwiczenia0h
  • Laboratorium0h
  • Projekt0h
  • Lekcje komputerowe30h
Wymagania wstępne:
Matematyka I. Termodynamika. Mechanika płynów. Środowisko i programowanie w języku Matlab.
Limit liczby studentów:
zgodnie z aktualnym regulaminem PW
Cel przedmiotu:
Celem przedmiotu jest wprowadzenie do obliczeniowej dynamiki płynów. Studenci nauczą się numerycznego rozwiązywania problemów modelowania przepływu płynów, poprzez opracowanie i przetestowanie własnych programów w Matlab oraz rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem oprogramowania Ansys Fluent.
Treści kształcenia:
Wprowadzenie do arytmetyki zmiennoprzecinkowej. Sformułowanie zachowawcze i niezachowawcze układu równań zachowania. Metody numeryczne dla równań Eulera i Naviera-Stokesa. Warunki brzegowe i początkowe. Analiza stabilności, warunek CFL. Dyfuzja i dyspersja numeryczna. Metody różnic skończonych i metody objętości skończonej, schematy jawne/niejawne. Przepływy płynu ściśliwego ze schematami o wysokiej rozdzielczości (TVD, MUSCL, ENO, WENO) w przypadku występowania oscylacji lub nieciągłości. Teoria problemów Riemanna. Walidacja i weryfikacja modeli (Method of manufactured solutions). Przepływy płynu nieściśliwego z wymianą ciepła z otoczeniem. Uderzenie hydrauliczne. Ocena jakości wyników numerycznych i efektywności metod numerycznych dla podstawowych problemów obejmujących modelowanie przepływu płynów. W ramach lekcji komputerowych z Matlab studenci stosują różne metody numeryczne dla praw zachowania (np. liniowe równanie falowe, równanie Burgersa, równania Eulera).
Metody oceny:
średnia ważona z oceny z wykonania zadania projektowego (waga 0,4) i oceny ze sprawdzianu pisemnego (waga 0,6), obie oceny muszą być pozytywne
Egzamin:
nie
Literatura:
• E. F. Toro - Riemann Solvers and Numerical Methods for Fluid Dynamics, Springer, Third Edition, 2009. • R J. Leveque - Finite Volume Methods for Hyperbolic Problems, Cambridge University Press, 2004. • J. S. Hesthaven – Numerical Methods for Conservation Laws – From Analysis to Algorithms, SIAM, 2018. • C. B. Laney – Computational Gasdynamics, Cambridge University Press, 1998. • R. Zarzycki – Wymiana ciepła i ruch masy w inżynierii środowiska, WNT, Warszawa, 2005. • F.P. Incropera, D.P. DeWitt – Fundamentals of heat and mass transfer, Wiley, USA, 2002.
Witryna www przedmiotu:
.
Uwagi:
.

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka IS_W03
Posiada rozszerzoną, uporządkowaną wiedzę w zakresie wykorzystania metod numerycznych do modelowania procesów przepływowych. Zna podstawowe metody dyskretyzacji równań różniczkowych.
Weryfikacja: sprawdzian pisemny, zadanie projektowe
Powiązane charakterystyki kierunkowe: IS_W03
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_W, I.P7S_WG.o
Charakterystyka IS_W10
Posiada szczegółową i podbudowaną teoretycznie wiedzę z mechaniki i dynamiki płynów w zakresie przepływów w sieciach ciepłowniczych i gazowniczych.
Weryfikacja: sprawdzian pisemny, zadanie projektowe
Powiązane charakterystyki kierunkowe: IS_W10
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_W, I.P7S_WG.o, III.P7S_WG
Charakterystyka IS_W13
Posiada szczegółową wiedzę o funkcjonalności pakietów inżynierskiego oprogramowania CFD przy doborze i eksploatacji urządzeń technologicznych i regulacyjnych w sieciach ciepłowniczych i gazowniczych.
Weryfikacja: sprawdzian pisemny, zadanie projektowe
Powiązane charakterystyki kierunkowe: IS_W13
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_W, I.P7S_WG.o, III.P7S_WG

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka IS_U01
Potrafi opisać przebieg procesów przepływowych z wykorzystaniem praw termodynamiki, transportu ciepła i masy oraz mechaniki płynów i hydrodynamiki w zastosowaniu do procesów występujących w ciepłownictwie i gazownictwie. Potrafi sformułować, zdyskretyzować i rozwiązać proste zagadnienie brzegowe dla równań zachowania opisujących ruch płynu.
Weryfikacja: egzamin pisemny, zadanie projektowe
Powiązane charakterystyki kierunkowe: IS_U01
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_U, I.P7S_UW.o, III.P7S_UW.o
Charakterystyka IS_U04
Potrafi, wykorzystując odpowiedni pakiet inżynierski, wykonać symulację prostego zagadnienia przepływowego a następnie krytycznie zinterpretować wyniki obliczeń.
Weryfikacja: egzamin pisemny, zadanie projektowe
Powiązane charakterystyki kierunkowe: IS_U04
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_U, I.P7S_UW.o, III.P7S_UW.o

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Charakterystyka IS_K01
Rozumie potrzebę podnoszenia kompetencji zawodowych. Potrafi zidentyfikować i wyeliminować zagrożenia wynikające z błędnie przeprowadzonych symulacji komputerowych.
Weryfikacja: dyskusja na zajęciach
Powiązane charakterystyki kierunkowe: IS_K01
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_K, I.P7S_KK