Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki - Energetyka (S2)
specjalność: energetyka konwencjonalna

Sylabus przedmiotu Metody numeryczne:

Informacje podstawowe

Kierunek studiów Energetyka
Forma studiów studia stacjonarne Poziom drugiego stopnia
Tytuł zawodowy absolwenta magister inżynier
Obszary studiów nauk technicznych
Profil ogólnoakademicki
Moduł
Przedmiot Metody numeryczne
Specjalność przedmiot wspólny
Jednostka prowadząca Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska
Nauczyciel odpowiedzialny Barbara Zakrzewska <Barbara.Zakrzewska@zut.edu.pl>
Inni nauczyciele Barbara Zakrzewska <Barbara.Zakrzewska@zut.edu.pl>
ECTS (planowane) 3,0 ECTS (formy) 3,0
Forma zaliczenia zaliczenie Język polski
Blok obieralny Grupa obieralna

Formy dydaktyczne

Forma dydaktycznaKODSemestrGodzinyECTSWagaZaliczenie
laboratoriaL1 30 1,50,50zaliczenie
wykładyW1 30 1,50,50zaliczenie

Wymagania wstępne

KODWymaganie wstępne
W-1Podstawy termodynamiki i wymiany ciepła.
W-2Podstawy mechaniki płynów

Cele przedmiotu

KODCel modułu/przedmiotu
C-1Celem wykładu jest zapoznanie studentów z metodami numerycznej mechaniki płynów (CFD), jej podstawami teoretycznymi oraz strategiami modelowania systemów energetycznych
C-2Zapoznanie studenta z dostępnymi symulatorami procesowymi wykorzystywanymi do symulacji systemów energetycznych i przygotowanie go do wykonywania podstawowych obliczeń z zastosowaniem symulatorów procesowych
C-3Ukształtowanie umiejętności analizy procesów transportu, projektowania i umiejętności obsługi zaawansowanych pakietów obliczeniowych

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

KODTreść programowaGodziny
laboratoria
T-L-1Praktyczne wykorzystanie poznanych na wykładzie metod numerycznych przy użyciu dostępnego oprogramowania. Generowanie siatki numerycznej za pomocą preprocesora: tworzenie dwu- i trójwymiarowych geometrii, definiowanie warunków brzegowych, generowanie siatek numerycznych. Opis zjawisk w pakiecie CFD przez dobór i składanie podstawowych modeli przenoszenia, generowanie pliku komend. Rozwiazywanie problemów przenoszenia w płynach na wybranych przykładach. Opracowanie i prezentacja wyników symulacji. Praktyczne wykorzystanie możliwości symulatorów procesowych w obliczeniach termodynamicznych i do obliczeń projektowych elementów instalacji.30
30
wykłady
T-W-1Metody numeryczne stosowane w różnych skalach długości i czasu. Analiza zjawisk przenoszenia za pomocą metod obliczeniowej mechaniki płynów (CFD). Różniczkowe równania ciągłości, bilansu pędu, masy i energii, uogólnione równanie przenoszenia, warunki jednoznaczności rozwiązań równań transportu. Typy warunków brzegowych. Przepływy burzliwe i ich modele: cechy przepływów burzliwych, równania Reynoldsa, modele burzliwości algebraiczne i różniczkowe, funkcje przyścienne. Podstawy numerycznego rozwiazywania równań transportu pędu, masy i energii. Metody dyskretyzacji równań transportu – objętości kontrolnej i elementu skończonego. Pakiety komercyjne CFD: cechy charakterystyczne i użytkowe. Strategie modelowania systemów energetycznych. Obliczenia symulacyjne systemów energetycznych i programy symulacyjne – cechy charakterystyczne i użytkowe.30
30

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KODForma aktywnościGodziny
laboratoria
A-L-1Uczestnictwo w zajęciach30
A-L-2Praca własna studenta10
A-L-3Konsultacje5
45
wykłady
A-W-1Uczestnictwo w zajęciach30
A-W-2Konsultacje5
A-W-3Przygotowanie do zaliczenia10
45

Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne

KODMetoda nauczania / narzędzie dydaktyczne
M-1Wykład informacyjny
M-2Ćwiczenia laboratoryjne z użyciem komputera

Sposoby oceny

KODSposób oceny
S-1Ocena podsumowująca: Pisemne zaliczenie wykładów
S-2Ocena formująca: Sprawozdania pisemne z wykonanych zadań problemowych
S-3Ocena podsumowująca: Sprawdzian praktyczny - wykonanie symulacji z użyciem oprogramowania CFD

Zamierzone efekty kształcenia - wiedza

Zamierzone efekty kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
ENE_2A_B03_W01
Studenci zdobywają wiedzę z zakresu formułowania i rozwiązania zagadnień transportu pędu, ciepła i masy za pomocą metod numerycznej mechniki płynów oraz symulacji systemów energetycznych
ENE_2A_W01, ENE_2A_W08T2A_W01, T2A_W07C-1, C-2T-W-1, T-L-1M-2, M-1S-1

Zamierzone efekty kształcenia - umiejętności

Zamierzone efekty kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
ENE_2A_B03_U01
W wyniku przeprowadzonych zajęć student powinien umieć stosować poznane metody rozwiązywania zagadnień numerycznych
ENE_2A_U09T2A_U09, T2A_U17C-3T-L-1, T-W-1M-1, M-2S-3, S-2

Zamierzone efekty kształcenia - inne kompetencje społeczne i personalne

Zamierzone efekty kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
ENE_2A_B03_K01
W wyniku przeprowadzonych zajęć student podnosi swoje kompetencje zawodowe poprzez nabycie umiejętności posługiwania się metodami numerycznymi i programami symulacyjnymi.
ENE_2A_K04T2A_K01C-3T-W-1, T-L-1M-2S-3

Kryterium oceny - wiedza

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
ENE_2A_B03_W01
Studenci zdobywają wiedzę z zakresu formułowania i rozwiązania zagadnień transportu pędu, ciepła i masy za pomocą metod numerycznej mechniki płynów oraz symulacji systemów energetycznych
2,0Student nie opanował podstawowej wiedzy podanej na wykładzie ani na ćwiczeniach laboratoryjnych
3,0Student opanował podstawową wiedzę podaną na wykładzie i na ćwiczeniach laboratoryjnych
3,5Student opanował podstawową wiedzę podaną na wykładzie i na ćwiczeniach laboratoryjnych i potrafi ją zinterpretować i wykorzystać w stopniu dostatecznym.
4,0Student opanował podstawową wiedzę podaną na wykładzie i na ćwiczeniach laboratoryjnych i potrafi ją zinterpretować i wykorzystać w stopniu dobrym
4,5Student opanował podstawową wiedzę podaną na wykładzie i na ćwiczeniach laboratoryjnych i potrafi ją zinterpretować i wykorzystać w znacznym stopniu
5,0Student opanował podstawową wiedzę podaną na wykładzie i na ćwiczeniach laboratoryjnych i potrafi ją zinterpretować i w pełni wykorzystać praktycznie

Kryterium oceny - umiejętności

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
ENE_2A_B03_U01
W wyniku przeprowadzonych zajęć student powinien umieć stosować poznane metody rozwiązywania zagadnień numerycznych
2,0Student nie potrafi wykorzystać wiedzy teoretycznej do samodzielnego sformułowania podstawowych równań i obliczeń projektowych. Nie potrafi zastosować żadnej z metod obliczeniowych podanych na wykładzie i ćwiczeniach laboratoryjnych
3,0Student poprawienie dobiera metody numeryczne oraz potrafi je zastosować w sposób odtwórczy do rozwiązania wybranych problemów
3,5
4,0Student poprawienie dobiera metody numeryczne oraz potrafi je zastosować do rozwiązania wybranych problemów
4,5
5,0Student potrafi samodzielnie i bezbłędnie zastosować poznane metody numeryczne do symulacji i analizy zadanego problemu

Kryterium oceny - inne kompetencje społeczne i personalne

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
ENE_2A_B03_K01
W wyniku przeprowadzonych zajęć student podnosi swoje kompetencje zawodowe poprzez nabycie umiejętności posługiwania się metodami numerycznymi i programami symulacyjnymi.
2,0
3,0Student w podstawowym stopniu nabył zdolność posługiwania się poznanymi metodami numerycznymi
3,5
4,0
4,5
5,0

Literatura podstawowa

  1. J.W. Prosnak, Równania klasycznej mechaniki płynów, PWN, Warszawa, 2006
  2. Zdzisław Jaworski, Numeryczna mechanika płynów w inzynierii chemicznej i procesowej, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa, 2005
  3. Z. Kazimierski, Podstawy mechaniki płynów i metod komputerowej symulacji przepływów, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź, 2004
  4. J.W. Elsner, Turbulencja przepływów, PWN, Warszawa, 1987
  5. J. Jeżowski, Wprowadzenie do projektowania systemów technologii chemicznej, Część 1. Teoria, Wydawnictwo Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów, 2002
  6. J. Jeżowski, A. Jeżowska, Wprowadzenie do projektowania systemów technologii chemicznej, Część 2. Przykłady obliczeń, Wydawnictwo Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów, 2002

Literatura dodatkowa

  1. Z. Fortuna, B. Macukow, J. Wąsowski, Metody numeryczne, WNT, Warszawa, 2005
  2. E. Majchrzak, J i M. Jankowscy, Metody numeryczne. Podstawy teoretyczne, aspekty praktyczne i algorytmy, WPŚ, Gliwice, 2004

Treści programowe - laboratoria

KODTreść programowaGodziny
T-L-1Praktyczne wykorzystanie poznanych na wykładzie metod numerycznych przy użyciu dostępnego oprogramowania. Generowanie siatki numerycznej za pomocą preprocesora: tworzenie dwu- i trójwymiarowych geometrii, definiowanie warunków brzegowych, generowanie siatek numerycznych. Opis zjawisk w pakiecie CFD przez dobór i składanie podstawowych modeli przenoszenia, generowanie pliku komend. Rozwiazywanie problemów przenoszenia w płynach na wybranych przykładach. Opracowanie i prezentacja wyników symulacji. Praktyczne wykorzystanie możliwości symulatorów procesowych w obliczeniach termodynamicznych i do obliczeń projektowych elementów instalacji.30
30

Treści programowe - wykłady

KODTreść programowaGodziny
T-W-1Metody numeryczne stosowane w różnych skalach długości i czasu. Analiza zjawisk przenoszenia za pomocą metod obliczeniowej mechaniki płynów (CFD). Różniczkowe równania ciągłości, bilansu pędu, masy i energii, uogólnione równanie przenoszenia, warunki jednoznaczności rozwiązań równań transportu. Typy warunków brzegowych. Przepływy burzliwe i ich modele: cechy przepływów burzliwych, równania Reynoldsa, modele burzliwości algebraiczne i różniczkowe, funkcje przyścienne. Podstawy numerycznego rozwiazywania równań transportu pędu, masy i energii. Metody dyskretyzacji równań transportu – objętości kontrolnej i elementu skończonego. Pakiety komercyjne CFD: cechy charakterystyczne i użytkowe. Strategie modelowania systemów energetycznych. Obliczenia symulacyjne systemów energetycznych i programy symulacyjne – cechy charakterystyczne i użytkowe.30
30

Formy aktywności - laboratoria

KODForma aktywnościGodziny
A-L-1Uczestnictwo w zajęciach30
A-L-2Praca własna studenta10
A-L-3Konsultacje5
45
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KODForma aktywnościGodziny
A-W-1Uczestnictwo w zajęciach30
A-W-2Konsultacje5
A-W-3Przygotowanie do zaliczenia10
45
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaENE_2A_B03_W01Studenci zdobywają wiedzę z zakresu formułowania i rozwiązania zagadnień transportu pędu, ciepła i masy za pomocą metod numerycznej mechniki płynów oraz symulacji systemów energetycznych
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówENE_2A_W01Ma rozszerzoną i pogłębioną wiedzę w zakresie matematyki obejmującą: elementy matematyki stosowanej, rachunku różniczkowego oraz metody optymalizacji, w tym metody numeryczne niezbędne do: 1) Opisu i analizy działania elementów i systemów energetycznych; 2) Opisu matematycznego przebiegu procesów fizycznych, chemicznych w tym elektrochemicznych oraz procesów energetycznych
ENE_2A_W08Ma uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie wiedzę w zakresie komputerowego wspomagania obliczeń i podejmowania decyzji w energetyce
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaT2A_W01ma rozszerzoną i pogłębioną wiedzę z zakresu matematyki, fizyki, chemii i innych obszarów właściwych dla studiowanego kierunku studiów przydatną do formułowania i rozwiązywania złożonych zadań z zakresu studiowanego kierunku studiów
T2A_W07zna podstawowe metody, techniki, narzędzia i materiały stosowane przy rozwiązywaniu złożonych zadań inżynierskich z zakresu studiowanego kierunku studiów
Cel przedmiotuC-1Celem wykładu jest zapoznanie studentów z metodami numerycznej mechaniki płynów (CFD), jej podstawami teoretycznymi oraz strategiami modelowania systemów energetycznych
C-2Zapoznanie studenta z dostępnymi symulatorami procesowymi wykorzystywanymi do symulacji systemów energetycznych i przygotowanie go do wykonywania podstawowych obliczeń z zastosowaniem symulatorów procesowych
Treści programoweT-W-1Metody numeryczne stosowane w różnych skalach długości i czasu. Analiza zjawisk przenoszenia za pomocą metod obliczeniowej mechaniki płynów (CFD). Różniczkowe równania ciągłości, bilansu pędu, masy i energii, uogólnione równanie przenoszenia, warunki jednoznaczności rozwiązań równań transportu. Typy warunków brzegowych. Przepływy burzliwe i ich modele: cechy przepływów burzliwych, równania Reynoldsa, modele burzliwości algebraiczne i różniczkowe, funkcje przyścienne. Podstawy numerycznego rozwiazywania równań transportu pędu, masy i energii. Metody dyskretyzacji równań transportu – objętości kontrolnej i elementu skończonego. Pakiety komercyjne CFD: cechy charakterystyczne i użytkowe. Strategie modelowania systemów energetycznych. Obliczenia symulacyjne systemów energetycznych i programy symulacyjne – cechy charakterystyczne i użytkowe.
T-L-1Praktyczne wykorzystanie poznanych na wykładzie metod numerycznych przy użyciu dostępnego oprogramowania. Generowanie siatki numerycznej za pomocą preprocesora: tworzenie dwu- i trójwymiarowych geometrii, definiowanie warunków brzegowych, generowanie siatek numerycznych. Opis zjawisk w pakiecie CFD przez dobór i składanie podstawowych modeli przenoszenia, generowanie pliku komend. Rozwiazywanie problemów przenoszenia w płynach na wybranych przykładach. Opracowanie i prezentacja wyników symulacji. Praktyczne wykorzystanie możliwości symulatorów procesowych w obliczeniach termodynamicznych i do obliczeń projektowych elementów instalacji.
Metody nauczaniaM-2Ćwiczenia laboratoryjne z użyciem komputera
M-1Wykład informacyjny
Sposób ocenyS-1Ocena podsumowująca: Pisemne zaliczenie wykładów
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0Student nie opanował podstawowej wiedzy podanej na wykładzie ani na ćwiczeniach laboratoryjnych
3,0Student opanował podstawową wiedzę podaną na wykładzie i na ćwiczeniach laboratoryjnych
3,5Student opanował podstawową wiedzę podaną na wykładzie i na ćwiczeniach laboratoryjnych i potrafi ją zinterpretować i wykorzystać w stopniu dostatecznym.
4,0Student opanował podstawową wiedzę podaną na wykładzie i na ćwiczeniach laboratoryjnych i potrafi ją zinterpretować i wykorzystać w stopniu dobrym
4,5Student opanował podstawową wiedzę podaną na wykładzie i na ćwiczeniach laboratoryjnych i potrafi ją zinterpretować i wykorzystać w znacznym stopniu
5,0Student opanował podstawową wiedzę podaną na wykładzie i na ćwiczeniach laboratoryjnych i potrafi ją zinterpretować i w pełni wykorzystać praktycznie
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaENE_2A_B03_U01W wyniku przeprowadzonych zajęć student powinien umieć stosować poznane metody rozwiązywania zagadnień numerycznych
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówENE_2A_U09Potrafi dobrać metodę obliczeniową, wykorzystać odpowiednie oprogramowanie właściwe do rozwiązania określonego zagadnienia z uwzględnieniem nowych osiągnięć techniki i technologii
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaT2A_U09potrafi wykorzystać do formułowania i rozwiązywania zadań inżynierskich i prostych problemów badawczych metody analityczne, symulacyjne i eksperymentalne
T2A_U17potrafi dokonać identyfikacji i sformułować specyfikację złożonych zadań inżynierskich, charakterystycznych dla studiowanego kierunku studiów, w tym zadań nietypowych, uwzględniając ich aspekty pozatechniczne
Cel przedmiotuC-3Ukształtowanie umiejętności analizy procesów transportu, projektowania i umiejętności obsługi zaawansowanych pakietów obliczeniowych
Treści programoweT-L-1Praktyczne wykorzystanie poznanych na wykładzie metod numerycznych przy użyciu dostępnego oprogramowania. Generowanie siatki numerycznej za pomocą preprocesora: tworzenie dwu- i trójwymiarowych geometrii, definiowanie warunków brzegowych, generowanie siatek numerycznych. Opis zjawisk w pakiecie CFD przez dobór i składanie podstawowych modeli przenoszenia, generowanie pliku komend. Rozwiazywanie problemów przenoszenia w płynach na wybranych przykładach. Opracowanie i prezentacja wyników symulacji. Praktyczne wykorzystanie możliwości symulatorów procesowych w obliczeniach termodynamicznych i do obliczeń projektowych elementów instalacji.
T-W-1Metody numeryczne stosowane w różnych skalach długości i czasu. Analiza zjawisk przenoszenia za pomocą metod obliczeniowej mechaniki płynów (CFD). Różniczkowe równania ciągłości, bilansu pędu, masy i energii, uogólnione równanie przenoszenia, warunki jednoznaczności rozwiązań równań transportu. Typy warunków brzegowych. Przepływy burzliwe i ich modele: cechy przepływów burzliwych, równania Reynoldsa, modele burzliwości algebraiczne i różniczkowe, funkcje przyścienne. Podstawy numerycznego rozwiazywania równań transportu pędu, masy i energii. Metody dyskretyzacji równań transportu – objętości kontrolnej i elementu skończonego. Pakiety komercyjne CFD: cechy charakterystyczne i użytkowe. Strategie modelowania systemów energetycznych. Obliczenia symulacyjne systemów energetycznych i programy symulacyjne – cechy charakterystyczne i użytkowe.
Metody nauczaniaM-1Wykład informacyjny
M-2Ćwiczenia laboratoryjne z użyciem komputera
Sposób ocenyS-3Ocena podsumowująca: Sprawdzian praktyczny - wykonanie symulacji z użyciem oprogramowania CFD
S-2Ocena formująca: Sprawozdania pisemne z wykonanych zadań problemowych
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0Student nie potrafi wykorzystać wiedzy teoretycznej do samodzielnego sformułowania podstawowych równań i obliczeń projektowych. Nie potrafi zastosować żadnej z metod obliczeniowych podanych na wykładzie i ćwiczeniach laboratoryjnych
3,0Student poprawienie dobiera metody numeryczne oraz potrafi je zastosować w sposób odtwórczy do rozwiązania wybranych problemów
3,5
4,0Student poprawienie dobiera metody numeryczne oraz potrafi je zastosować do rozwiązania wybranych problemów
4,5
5,0Student potrafi samodzielnie i bezbłędnie zastosować poznane metody numeryczne do symulacji i analizy zadanego problemu
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaENE_2A_B03_K01W wyniku przeprowadzonych zajęć student podnosi swoje kompetencje zawodowe poprzez nabycie umiejętności posługiwania się metodami numerycznymi i programami symulacyjnymi.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówENE_2A_K04Rozumie potrzebę ciągłego dokształcania się i podnoszenia kompetencji zawodowych oraz potrafi inspirować proces uczenia się innych osób
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaT2A_K01rozumie potrzebę uczenia się przez całe życie; potrafi inspirować i organizować proces uczenia się innych osób
Cel przedmiotuC-3Ukształtowanie umiejętności analizy procesów transportu, projektowania i umiejętności obsługi zaawansowanych pakietów obliczeniowych
Treści programoweT-W-1Metody numeryczne stosowane w różnych skalach długości i czasu. Analiza zjawisk przenoszenia za pomocą metod obliczeniowej mechaniki płynów (CFD). Różniczkowe równania ciągłości, bilansu pędu, masy i energii, uogólnione równanie przenoszenia, warunki jednoznaczności rozwiązań równań transportu. Typy warunków brzegowych. Przepływy burzliwe i ich modele: cechy przepływów burzliwych, równania Reynoldsa, modele burzliwości algebraiczne i różniczkowe, funkcje przyścienne. Podstawy numerycznego rozwiazywania równań transportu pędu, masy i energii. Metody dyskretyzacji równań transportu – objętości kontrolnej i elementu skończonego. Pakiety komercyjne CFD: cechy charakterystyczne i użytkowe. Strategie modelowania systemów energetycznych. Obliczenia symulacyjne systemów energetycznych i programy symulacyjne – cechy charakterystyczne i użytkowe.
T-L-1Praktyczne wykorzystanie poznanych na wykładzie metod numerycznych przy użyciu dostępnego oprogramowania. Generowanie siatki numerycznej za pomocą preprocesora: tworzenie dwu- i trójwymiarowych geometrii, definiowanie warunków brzegowych, generowanie siatek numerycznych. Opis zjawisk w pakiecie CFD przez dobór i składanie podstawowych modeli przenoszenia, generowanie pliku komend. Rozwiazywanie problemów przenoszenia w płynach na wybranych przykładach. Opracowanie i prezentacja wyników symulacji. Praktyczne wykorzystanie możliwości symulatorów procesowych w obliczeniach termodynamicznych i do obliczeń projektowych elementów instalacji.
Metody nauczaniaM-2Ćwiczenia laboratoryjne z użyciem komputera
Sposób ocenyS-3Ocena podsumowująca: Sprawdzian praktyczny - wykonanie symulacji z użyciem oprogramowania CFD
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0
3,0Student w podstawowym stopniu nabył zdolność posługiwania się poznanymi metodami numerycznymi
3,5
4,0
4,5
5,0