Nazwa przedmiotu:
Podstawy mechaniki płynów
Koordynator przedmiotu:
dr hab. inż. Antoni Rożen
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia I stopnia
Program:
Inzynieria Chemiczna i Procesowa
Grupa przedmiotów:
Obowiązkowe
Kod przedmiotu:
1070-IC000-ISP-310
Semestr nominalny:
3 / rok ak. 2020/2021
Liczba punktów ECTS:
4
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
1. Godziny kontaktowe z nauczycielem akademickim wynikające z planu studiów 75 2. Godziny kontaktowe z nauczycielem akademickim w ramach konsultacji, egzaminów, sprawdzianów etc. 6 3. Godziny pracy samodzielnej studenta w ramach przygotowania do zajęć oraz opracowania sprawozdań, projektów, prezentacji, raportów, prac domowych etc. 14 4. Godziny pracy samodzielnej studenta w ramach przygotowania do egzaminu, sprawdzianu, zaliczenia etc. 25 Sumaryczny nakład pracy studenta 120
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:
  • Wykład45h
  • Ćwiczenia0h
  • Laboratorium0h
  • Projekt30h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
brak
Limit liczby studentów:
minimum 15 osób
Cel przedmiotu:
1. Opanowanie przez studentów podstaw teoretycznych głównych działów mechaniki płynów tj.: statyka i kinematyka płynów, dynamika płynu doskonałego i rzeczywistego, elementy dynamiki przepływu płynu ściśliwego. 2. Zapoznanie się studentów z charakterystyką: przepływu laminarnego i burzliwego płynu, przepływu w warstwie przyściennej, przepływu pod- i naddźwiękowego oraz opanowanie podstaw reologii i teorii podobieństwa. 3. Zapoznanie się studentów z budowa, zasadą działania i charakterystyką przyrządów do pomiaru ciśnienia, prędkości i przepływu płynu oraz maszyn przepływowych połączone z opanowaniem metod doboru pomp i armatury.
Treści kształcenia:
Wykład 1. Klasyczna definicja płynu. Hipoteza ciągłości. Punkt materialny i element płynu. Siły działające w płynach. Ciśnienie hydrostatyczne. Równania równowagi płynu. Potencjał sił masowych. Powierzchnie ekwipotencjalne. Napór statyczny płynu. Siła wyporu i warunki pływania ciał. 2. Metody opisu ruchu płynów w przestrzeni fizycznej i przestrzeni czasu. Pochodna lokalna i wędrowna. Linia prądu, tor punktu materialnego i linia wysnuta. Równanie ciągłości. Własności lokalnego pola prędkości płynu. Klasyfikacja pól prędkości płynu. Funkcja prądu i potencjał prędkości płynu. 3. Równania Eulera. Równanie Bernoulliego. Przepływ płynu doskonałego przez przewody. Zjawiska kawitacji i udaru hydraulicznego. Napór dynamiczny płynu na ścianki układu. 4. Naprężenia lepkie w płynach rzeczywistych. Podstawowe modele reologiczne płynów. Równania ruchu płynów i równania Naviera-Stokesa. Przepływ płynu lepkiego przez przewody i spływ cieczy po ściankach. 5. Charakterystyka przepływu laminarnego i burzliwego. Hipoteza Reynoldsa i intensywność burzliwości. Uśrednione równania transportu. Naprężenia Reynoldsa. Hipotezy zamykające. Uniwersalny rozkład prędkości płynu. 6. Teoria podobieństwa zjawisk przepływowych. Analiza inspekcyjna i wymiarowa. Moduły podobieństwa dynamicznego. 7. Opory przepływu przez przewody. Uogólnione równanie Bernoulliego. 8. Przepływ w warstwie przyściennej. Opory ruchu ciał w płynie. Przepływ cieczy w mieszalnikach. 9 Budowa, zasada działania i charakterystyka pomp wirowych i wyporowych oraz strumienic. Współpraca pompy z przewodem. Metody pomiaru prędkości i wydatku płynu. 10. Elementy dynamiki płynów ściśliwych. Ćwiczenia projektowe 1. Projektowanie manometrów cieczowych. 2. Obliczanie rozkładu potencjału sił masowych i ciśnienia statycznego. 3. Wyznaczanie naporu hydrostatycznego na ściany płaskie i zakrzywione. Warunki pływania ciał. 4. Równanie ciągłości i równanie Bernoulliego - obliczenia przepływów i czasu wypływu ze zbiornika. 5. Wyznaczanie naporu dynamicznego płynu na ścianki układu. 6. Rozwiązywanie równań Naviera-Stokesa dla przepływów w układach o prostej geometrii. 7. Uogólnione równanie Bernoulliego - obliczenia spadku ciśnienia i wydatku w przewodach. 8. Analiza wymiarowa - przeliczanie charakterystyk pomp wirowej: wysokościowej i mocy oraz charakterystyki mocy mieszania. 9. Analiza ruchu fazy rozproszonej w płynie oraz projektowanie separatorów hydraulicznych. 10. Projektowanie zwężek i rotametrów.
Metody oceny:
1. egzamin pisemny 2. egzamin ustny 3. kolokwium 4. praca domowa
Egzamin:
tak
Literatura:
1. J. Bukowski, Mechanika płynów, PWN, 1975. 2. H. Walden, Mechanika płynów, WPW, 1991. 3. Z. Orzechowski, J. Prywer, R. Zarzycki, Mechanika płynów w inżynierii środowiska, WNT, 1997 4. A. Rożeń, Zbiór zadań z podstaw mechaniki płynów w inżynierii chemicznej i procesowej, OWPW, 2018. 5. C. Gołębiewski, E. Łuczywek, E. Walicki, Zbiór zadań z mechaniki płynów, PWN, 1980 6. Z. Orzechowski, J. Prywer, R. Zarzycki, Zadania z mechaniki płynów w inżynierii środowiska, WNT, 2001. 7. R. Gryboś, Zbiór zadań z technicznej mechaniki płynów, PWN, 2002. 8. C. O. Bennett, J. E. Myers, Przenoszenie pędu, ciepła i masy, WNT, 1967. 9. L.D. Landau, J.M. Lifszyc, Hydrodynamika, Wydawnictwo Naukowe PWN SA, 2009. 10. M. Stępniewski, Pompy, WNT, 1978.
Witryna www przedmiotu:
-
Uwagi:
Wykład: Zajęcia są realizowane w formie wykładu i są prowadzone wyłącznie metodą zdalną na platformie e-learningowej Moodle dostępnej pod adresem https://ekursy.okno.pw.edu.pl/. Weryfikacja osiągnięcia efektów uczenia się jest dokonywana na podstawie wyniku egzaminu pisemnego i ustnego. W sesji zimowej wyznaczane są 2 terminy, a w sesji jesiennej - 1 termin egzaminu. Po zakończeniu wykładów w semestrze zimowym organizowany jest egzamin dodatkowy, nie wliczany do limitu udziału studentów w egzaminach, zwany egzaminem „0”. Do tego egzaminu mogą przystąpić studenci, którzy zaliczyli ćwiczenia projektowe na ocenę co najmniej 3,5 w bieżącym roku akademickim lub w latach ubiegłych. Podczas egzaminu studenci nie mogą korzystać z żadnych materiałów i urządzeń za wyjątkiem klasycznych kalkulatorów. Materiały do wykładów (m.in. prezentacje i formatki z wzorami) są udostępnione do pobrania na platformie e-learningowej. Ćwiczenia projektowe: Zajęcia są realizowane w formie ćwiczeń projektowych i są prowadzone wyłącznie metodą zdalną na platformie e-learningowej Moodle dostępnej pod adresem https://ekursy.okno.pw.edu.pl/. Uczestnictwo w ćwiczeniach projektowych jest obowiązkowe. Weryfikacja osiągnięcia efektów uczenia się dla tej części zajęć jest dokonywana na podstawie wyniku zaliczenia dwóch projektów i dwóch sprawdzianów pisemnych. Terminy wydania, oddania i zaliczenia każdego projektu określa prowadzący ćwiczenia. Terminy sprawdzianów pisemnych określa prowadzący ćwiczenia. Materiały do ćwiczeń projektowych (m.in. podstawy teoretyczne, zadania, formatki z wzorami, treść projektów i dane projektowe) są udostępnione do pobrania na platformie e-learningowej. Zaliczenie każdego projektu odbywa się na podstawie oceny kompletności i poprawności jego wykonania (50% udział w końcowej punktacji) oraz na podstawie oceny sprawdzianu pisemnego z tematyki projektu (50% udział w końcowej punktacji). Za pierwszy projekt można uzyskać do 8 punktów, a za drugi projekt można uzyskać do 12 punktów. Każdy sprawdzian pisemny trwa 90 minut. Do wykonania są 2 zadania – każde punktowane od 0 do 10 punktów. Pozwala to na uzyskanie do 20 punktów ze sprawdzianu. Ocenę końcową z ćwiczeń projektowych ustala się stosując skalę: (0,0 – 20,0) 2,0 (20,5 – 24,0) 3,0 (24,5 – 28,0) 3,5 (28,5 – 32,0) 4,0 (32,5 – 36,0) 4,5 (36,5 – 40,0) 5,0

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka W1
Znajomość podstaw teoretycznych mechaniki płynów, metod opisu ruchu płynów, charakterystyki przepływów laminarnego i burzliwego oraz teorii podobieństwa przepływów.
Weryfikacja: egzamin pisemny, egzamin ustny, kolokwium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K1_W01, K1_W02
Powiązane charakterystyki obszarowe: P6U_W, I.P6S_WG.o
Charakterystyka W2
Znajomość budowy, zasady działania i charakterystykę pomp wirowych i wyporowych, mierników ciśnienia, prędkości i przepływu płynu.
Weryfikacja: egzamin pisemny, egzamin ustny
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K1_W04
Powiązane charakterystyki obszarowe: P6U_W, I.P6S_WG.o, III.P6S_WG

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka U1
Umiejętność obliczania: naporu płynu na ścianki układu, rozkładu ciśnienia i prędkości płynu w układach o prostej geometrii, wydatku objętościowego płynu, oporów przepływu i zmian ciśnienia płynu w przewodach oraz siły wyporu i oporu ruchu działających na ciała zanurzone w płynie.
Weryfikacja: egzamin pisemny, egzamin ustny, kolokwium, praca domowa
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K1_U12, K1_U21, K1_U01, K1_U11
Powiązane charakterystyki obszarowe: P6U_U, I.P6S_UW.o, III.P6S_UW.o, I.P6S_UU, I.P6S_UK
Charakterystyka U2
Umiejętność doboru pompy i podstawowej armatury do rurociągu (np. mierniki ciśnienia/przepływu, zawory) oraz wyznaczenia punktu pracy tej instalacji; umiejętność przeliczenia charakterystyk pracy pomp i mieszalników przy zmianie skali.
Weryfikacja: egzamin pisemny, kolokwium, praca domowa
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K1_U18, K1_U01, K1_U11, K1_U12
Powiązane charakterystyki obszarowe: III.P6S_UW.o, I.P6S_UK, P6U_U, I.P6S_UW.o

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Charakterystyka KS1
Rozumie potrzebę dokształcania się i podnoszenia swoich kompetencji zawodowych i osobistych.
Weryfikacja: dyskusja, seminarium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K1_K01
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_KK, P6U_K