Wydział Technologii i Inżynierii Chemicznej - Inżynieria chemiczna i procesowa (S2)
specjalność: Inżynieria bioprocesowa
Sylabus przedmiotu Modelowanie, symulacja i metody numeryczne stosowane w inżyneirii chemicznej:
Informacje podstawowe
| Kierunek studiów | Inżynieria chemiczna i procesowa | ||
|---|---|---|---|
| Forma studiów | studia stacjonarne | Poziom | drugiego stopnia |
| Tytuł zawodowy absolwenta | magister inżynier | ||
| Obszary studiów | charakterystyki PRK, kompetencje inżynierskie PRK | ||
| Profil | ogólnoakademicki | ||
| Moduł | — | ||
| Przedmiot | Modelowanie, symulacja i metody numeryczne stosowane w inżyneirii chemicznej | ||
| Specjalność | Eksploatacja instalacji przemysłu petrochemicznego | ||
| Jednostka prowadząca | Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej | ||
| Nauczyciel odpowiedzialny | Elżbieta Gabruś <Elzbieta.Gabrus@zut.edu.pl> | ||
| Inni nauczyciele | Tomasz Aleksandrzak <Tomasz.Aleksandrzak@zut.edu.pl>, Bogdan Ambrożek <Bogdan.Ambrozek@zut.edu.pl>, Elżbieta Gabruś <Elzbieta.Gabrus@zut.edu.pl>, Anna Story <Anna.Story@zut.edu.pl>, Konrad Witkiewicz <Konrad.Witkiewicz@zut.edu.pl>, Barbara Zakrzewska <Barbara.Zakrzewska@zut.edu.pl> | ||
| ECTS (planowane) | 3,0 | ECTS (formy) | 3,0 |
| Forma zaliczenia | egzamin | Język | polski |
| Blok obieralny | — | Grupa obieralna | — |
Formy dydaktyczne
Wymagania wstępne
| KOD | Wymaganie wstępne |
|---|---|
| W-1 | Podstawy mechaniki płynów |
| W-2 | podstawy metod numerycznych |
Cele przedmiotu
| KOD | Cel modułu/przedmiotu |
|---|---|
| C-1 | Zapoznanie studentów z zaawansowanymi metodami stosowanymi w obliczeniach numerycznych służacych również do projektowania urządzeń |
| C-2 | Ukształtowanie umiejętności wykorzystywania i obsługi zaawansowanych pakietów obliczeniowych. |
Treści programowe z podziałem na formy zajęć
| KOD | Treść programowa | Godziny |
|---|---|---|
| laboratoria | ||
| T-L-1 | Zadania z modelowania numerycznego procesów przemysłu chemicznego, w szczególności przemysłu petrochemicznego. Etapy: Wprowadzenie, przygotowanie danych, generowanie siatki numerycznej za pomocą preprocesora, import geometrii zbiornika z modyfikacją i budową siatki. Opis zjawisk w pakiecie CFD przez dobór i składanie podstawowych modeli przenoszenia, generowanie pliku komend. Rozwiązywanie problemów przenoszenia w płynach. Przykłady: przepływ laminarny, przepływ laminarny z wymianą ciepła, przepływ burzliwy, różne modele burzliwości. Plik wynikowy. Opracowanie i prezentacja wyników symulacji: Przykłady obróbki i wizualizacji danych z obliczeń CFD: siatka numeryczna, wektory, izolinie i izopowierzchnie, pliki graficzne. | 30 |
| 30 | ||
| wykłady | ||
| T-W-1 | Prawa zachowania pędu, ciepła i masy w płynach: Różniczkowe równania ciągłości, bilansu pędu, masy i energii, uogólnione równanie przenoszenia (RP), warunki jednoznaczności rozwiązań RP, typy warunków brzegowych. Przepływy burzliwe i ich modele: Cechy przepływów burzliwych, równania Reynoldsa, modele burzliwości algebraiczne i różniczkowe, funkcje przyścienne. Modele szczegółowe CFD; Przepływy burzliwe, płynów nieniutonowskich, mediów porowatych, płynów dwufazowych, reakcji chemicznych, procesów przenoszenia molekularnego, promieniowania. Podstawy numerycznego rozwiązywania równań przenoszenia; Metody dyskretyzacji RP – objętości kontrolnej i elementu skończonego, schematy interpolacyjne, algorytmy sprzęgania równania ciągłości, numeryczne rozwiązania wielkich układów równań algebraicznych. Pakiety komercyjne CFD; typy pakietów, cechy charakterystyczne i użytkowe, wymagania hardware’owe, przewidywane kierunki rozwoju. | 30 |
| 30 | ||
Obciążenie pracą studenta - formy aktywności
| KOD | Forma aktywności | Godziny |
|---|---|---|
| laboratoria | ||
| A-L-1 | Uczestnictwo w zajęciach | 30 |
| A-L-2 | Przygotowanie do zajęć | 4 |
| A-L-3 | Konsultacje | 1 |
| A-L-4 | Przygotowanie do zaliczenia | 3 |
| 38 | ||
| wykłady | ||
| A-W-1 | Uczestnictwo w wykładach | 30 |
| A-W-2 | Studiowanie materiału, przygotowanie do zaliczenia | 8 |
| 38 | ||
Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne
| KOD | Metoda nauczania / narzędzie dydaktyczne |
|---|---|
| M-1 | Metody podające: wykład informacyjny |
| M-2 | Metody praktyczne: praca przy komputerze w laboratorium |
Sposoby oceny
| KOD | Sposób oceny |
|---|---|
| S-1 | Ocena podsumowująca: Zaliczenie wykładów: jeden sprawdzian pisemny |
| S-2 | Ocena podsumowująca: Zaliczenie laboratorium jako ocena średnia z poszczególnych etapów modelowania z użyciem komputerów |
Zamierzone efekty uczenia się - wiedza
| Zamierzone efekty uczenia się | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ICHP_2A_C10-06_W01 Studenci zdobywają wiedzę z zakresu formułowania i rozwiązania zagadnień transportu pędu, ciepła i masy za pomocą metod numerycznej mechniki płynów. | ICHP_2A_W04 | — | — | C-2, C-1 | T-W-1 | M-1 | S-1 |
Zamierzone efekty uczenia się - umiejętności
| Zamierzone efekty uczenia się | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ICHP_2A_C10-06_U01 Student potrafi dokonać analizy problemu z punktu widzenia teorii procesów transoprtu, narysować geoemtrię układu, przeprowadzić symulacje numeryczne w programie ANSYS FLUENT oraz przeanalizować uzyskane wyniki. | ICHP_2A_U07, ICHP_2A_U09, ICHP_2A_U01 | — | — | C-2, C-1 | T-L-1 | M-2 | S-2 |
Zamierzone efekty uczenia się - inne kompetencje społeczne i personalne
| Zamierzone efekty uczenia się | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ICHP_2A_C10-06_K01 Student jest zorientowany na samodzielne korzystanie ze specjalistycznego oprogramowanie, modelowanie oraz analizowanie procesów przenoszenia masy, pędu i energii | ICHP_2A_K01 | — | — | C-2, C-1 | T-L-1 | M-2 | S-2 |
Kryterium oceny - wiedza
| Efekt uczenia się | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| ICHP_2A_C10-06_W01 Studenci zdobywają wiedzę z zakresu formułowania i rozwiązania zagadnień transportu pędu, ciepła i masy za pomocą metod numerycznej mechniki płynów. | 2,0 | Student nie opanował podstawowej wiedzy podanej na wykładzie ani na ćwiczeniach projektowych. |
| 3,0 | Student opanował podstawową wiedzę podaną na wykładzie oraz ćwiczeniach projektowych i potrafi ją zinterpretować i wykorzystać w nieznacznym stopniu. | |
| 3,5 | Student opanował podstawową wiedzę podaną na wykładzie oraz ćwiczeniach projektowych i potrafi ją zinterpretować i wykorzystać w stopniu dostatecznym. | |
| 4,0 | Student opanował podstawową wiedzę podaną na wykładzie oraz ćwiczeniach projektowych i potrafi ją zinterpretować i wykorzystać w stopniu dobrym. | |
| 4,5 | Student opanował pełną wiedzę podaną na wykładzie oraz ćwiczeniach projektowych i potrafi ją zinterpretować i wykorzystać w znacznym stopniu. | |
| 5,0 | Student opanował w pełni wiedzę podaną na wykładzie oraz ćwiczeniach projektowychi potrafi ją właściwie zinterpretować i w pełni wykorzystać praktycznie. |
Kryterium oceny - umiejętności
| Efekt uczenia się | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| ICHP_2A_C10-06_U01 Student potrafi dokonać analizy problemu z punktu widzenia teorii procesów transoprtu, narysować geoemtrię układu, przeprowadzić symulacje numeryczne w programie ANSYS FLUENT oraz przeanalizować uzyskane wyniki. | 2,0 | Student nie potrafi wykorzystać wiedzy teoretycznej do samodzielnego sformułowania podstawowych równań i obliczeń projektowych. Nie potrafi zastosować żadnej z podanych na wykładzie i ćwiczeniach metod obliczeniowych. |
| 3,0 | Student potrafi sformułować proste zadanie transportowe pędu, ciepła i masy, zaprojektować i przeprowadzić symulacje numeryczne wybranej geometrii układu w sposób odtwórczy. | |
| 3,5 | Student potrafi wykorzystać wiedzę teoretyczną i formułuje związki ilościowe procesów transportu z małymi uchybieniami. Potrafi zastosować najprostsze z podanych na wykładach i ćwiczeniach metod obliczania numerycznego i zastosowania w projektowaniu. | |
| 4,0 | Student potrafi samodzielnie stworzyć model matematyczny do rozwiązania numerycznego problemu projektowego. W modelu i obliczeniach projektowych występują nieliczne błędy. Potrafi samodzielnie, z niewielkimi uchybieniami, przygotować dane do rozwiązania problemu. | |
| 4,5 | Student potrafi samodzielnie, z niewielkimi uchybieniami, stworzyć opis matematyczny do rozwiązania zadanego problemu numerycznego. Potrafi samodzielnie przygotować dane, rozwiązać problem obliczeniowy i oddaje w terminie projekt, w którym nie ma znaczących błędów. | |
| 5,0 | Student potrafi samodzielnie i bezbłędnie stworzyć model matematyczny do numerycznego rozwiązania zadanego problemu. Potrafi samodzielnie wybrać najwłaściwszą metodę obliczeniową do rozwiązania równań modelowych, oddaje w terminie bezbłędny projekt. |
Kryterium oceny - inne kompetencje społeczne i personalne
| Efekt uczenia się | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| ICHP_2A_C10-06_K01 Student jest zorientowany na samodzielne korzystanie ze specjalistycznego oprogramowanie, modelowanie oraz analizowanie procesów przenoszenia masy, pędu i energii | 2,0 | Student nie jest świadomy konieczności stosowania nowoczesnych narzędzi numerycznej mechaniki płynów i rozwiazań w zadaniach projektowych, nie wykazuje aktywności w ich poszukiwaniu oraz współpracy z pozostałymi członkami grupy |
| 3,0 | Student jest zorientowany na samodzielne korzystanie ze specjalistycznego narzędzia projektowego - numerycznerj mechaniki płynów. Popełniane przy tym błędy nie są kardynalne. Student wykazuje ograniczoną aktywność w poszukiwaniu rozwiązań oraz stara się współpracować z pozostałymi członkami grupy. | |
| 3,5 | Student wykonuje niektóre polecenia lidera w zakresie stosowania nowoczesnych narzędzi numerycznej mechaniki płynów. Chętnie współpracuje z pozostałymi członkami grupy w zakresie rozwiazań w zadaniach projektowych. | |
| 4,0 | Student dokładnie wykonuje polecenia lidera i współpracuje z pozostałymi członkami grupy w sposób kreatywny i innowacyjny w uzyskiwaniu numerycznych rozwiązań procesów transportu. | |
| 4,5 | Student potrafi współpracować z liderem a w razie potrzeby go kreatywnie zastąpić w zakresie zagadnień obliczeniowych mechaniki płynów. | |
| 5,0 | Student zna metody CFD i pelni rolę lidera dobrze kierującego grupą, potrafi wykorzystać potencjał każdego z członków grupy. |
Literatura podstawowa
- Prosnak W.J., Równania klasycznej mechaniki płynów, PWN, Warszawa, 2006
- Prosnak W.J., Równania klasycznej mechaniki płynów, PWN, Warszawa, 2006
- Jaworski Z., Numeryczna mechanika płynów w inżynierii chemicznej i procesowej, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa, 2005
- Jaworski Z., Numeryczna mechanika płynów w inŜynierii chemicznej i procesowej, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa, 2005
- Kazimierski Z., Podstawy mechaniki płynów i metod komputerowej symulacji przepływów, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź, 2004
Literatura dodatkowa
- Versteeg H.K., Malalasekera W., An introduction to Computational Fluid Dynamics, Longman, Harlow, 1995
- Malczewski J., Piekarski M., Modele procesów transportu masy, pędu i energii, PWN, Warszawa, 1992