Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
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 Projektowanie Maszyn
Grupa przedmiotów:
Obowiązkowe
Kod przedmiotu:
ML.NK347
Semestr nominalny:
1 / rok ak. 2021/2022
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

Charakterystyka ML.NK347_W1
Rozumie podstawowe założenia, zalety i ograniczenia symulacji komputerowej rzeczywistych procesów i układów.
Weryfikacja: Test teoretyczny na koniec semestru.
Powiązane charakterystyki kierunkowe: MiBM2_W01, MiBM2_W03, MiBM2_W08
Powiązane charakterystyki obszarowe:
Charakterystyka 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 charakterystyki kierunkowe: MiBM2_W01, MiBM2_W03, MiBM2_W08
Powiązane charakterystyki obszarowe:
Charakterystyka 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 charakterystyki kierunkowe: MiBM2_W01, MiBM2_W03, MiBM2_W08
Powiązane charakterystyki obszarowe:
Charakterystyka ML.NK347_W4
Ma podstawową wiedzę z zakresu oceny wiarygodności modeli symulacyjnych w procedurach weryfikacji i walidacji.
Weryfikacja: Test teoretyczny na końcu semestru.
Powiązane charakterystyki kierunkowe: MiBM2_W01, MiBM2_W03, MiBM2_W08
Powiązane charakterystyki obszarowe:

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka ML.NK347_U1
Potrafi sformułować model numeryczny, świadomie wybrać metodę dyskretyzacji i algorytm rozwiązania.
Weryfikacja: Test praktyczny (laboratorium komputerowe).
Powiązane charakterystyki kierunkowe: MiBM2_U10, MiBM2_U11, MiBM2_U13, MiBM2_U21, MiBM2_U22
Powiązane charakterystyki obszarowe:
Charakterystyka 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 charakterystyki kierunkowe: MiBM2_U07, MiBM2_U13
Powiązane charakterystyki obszarowe:
Charakterystyka 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 charakterystyki kierunkowe: MiBM2_U10, MiBM2_U11, MiBM2_U13
Powiązane charakterystyki obszarowe: