Politechnika
Warszawska

Katalog
ECTS

Nazwa przedmiotu:

Podstawy mechaniki płynów

Koordynator przedmiotu:

dr hab. inż. Antoni Rożen, profesor uczelni

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. 2021/2022

Liczba punktów ECTS:

5

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 5. seminarium

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:

Znajomość podstaw rachunku różniczkowego, całkowego i wektorowego oraz metod rozwiązywania równań różniczkowych. Znajomość praw zachowania pędu, energii i masy oraz podstaw termodynamiki. Przedmiot jest realizowany w formie wykładu (45 godz.), ćwiczeń projektowych (30 godz.) z zastosowaniem ocen cząstkowych i łącznej oceny końcowej. Wykład: Zajęcia są realizowane w formie wykładu. Jeśli w trakcie semestru zajdzie konieczność przeprowadzenia zajęć metodą zdalną, to zostaną one przeprowadzone na platformie e-learningowej Moodle dostępnej pod adresem https://moodle.usos.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 Moodle. Ćwiczenia projektowe: Zajęcia są realizowane w formie ćwiczeń projektowych. Jeśli w trakcie semestru zajdzie konieczność przeprowadzenia zajęć metodą zdalną, to zostaną one przeprowadzone na platformie e-learningowej Moodle dostępnej pod adresem https://moodle.usos.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 Moodle. 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 5 punktów. Pozwala to na uzyskanie do 10 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 W przypadku braku zaliczenia ćwiczeń projektowych student ma prawo przystąpić do zaliczenia poprawkowego w formie sprawdzianu pisemnego z całości materiału objętego programem ćwiczeń projektowych. Do egzaminu mogą przystąpić studenci, którzy zaliczyli ćwiczenia projektowe w bieżącym roku akademickim lub w latach ubiegłych. Egzamin ma charakter pisemny, przy czym student ma prawo przystąpienia do egzaminu ustnego na własne żądanie. Minimalna liczba punktów z egzaminu pisemnego uprawniająca studenta do przystąpienia do egzaminu ustnego wynosi 25. Egzamin pisemny trwa 90 minut. Do wykonania jest 6 zadań – każde zadanie punktowane w skali od 0 do 10 punktów. Pozwala to na uzyskanie do 60 punktów z części pisemnej. Oceny punktowe mogą zostać podwyższone o maksymalnie 6 punktów lub obniżone, stosownie do odpowiedzi studenta, podczas egzaminu ustnego. Jeśli zajdzie konieczność przeprowadzenia egzaminu ustnego metodą zdalną, to zostanie on przeprowadzony na platformie MS Teams. Ocenę końcową z egzaminu ustala się stosując skalę: (0,0 – 30,5) 2,0 (31,0 – 36,0) 3,0 (36,5 – 42,0) 3,5 (42,5 – 48,0) 4,0 (48,5 – 54,0) 4,5 (54,5 – 60,0) 5,0 Warunkiem zaliczenia przedmiotu jest uzyskanie pozytywnych ocen z ćwiczeń projektowych i egzaminu. Wówczas ocenę końcową z przedmiotu wystawia się na podstawie sumy punktów uzyskanych z ćwiczeń projektowych i egzaminu zgodnie ze skalą ocen: (0,0 – 51,0) 2,0 (51,5 – 60,0) 3,0 (60,5 – 70,0) 3,5 (70,5 – 80,0) 4,0 (80,5 – 90,0) 4,5 (90,5 – 100,0) 5,0 W przypadku niezaliczenia ćwiczeń projektowych lub wykładów wystawia się łączną ocenę końcową 2,0. Wtedy konieczne jest powtórzenie przedmiotu w kolejnym cyklu realizacji zajęć, przy czym w przypadku zaliczenia tylko ćwiczeń projektowych powtórzeniu podlega jedynie egzamin.

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_U01, K1_U11, K1_U12, K1_U21
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UK, P6U_U, I.P6S_UW.o, III.P6S_UW.o, I.P6S_UU

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_U01, K1_U11, K1_U12, K1_U18
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UK, P6U_U, I.P6S_UW.o, III.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