Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Techniki Morskiej i Transportu - Chłodnictwo i Klimatyzacja (S2)
specjalność: Przemysłowe pompy ciepła i urządzenia chłodnicze

Sylabus przedmiotu Metody numeryczne w przepływie ciepła:

Informacje podstawowe

Kierunek studiów Chłodnictwo i Klimatyzacja
Forma studiów studia stacjonarne Poziom drugiego stopnia
Tytuł zawodowy absolwenta magister inżynier
Obszary studiów charakterystyki PRK, kompetencje inżynierskie PRK
Profil ogólnoakademicki
Moduł —
Przedmiot Metody numeryczne w przepływie ciepła
Specjalność przedmiot wspólny
Jednostka prowadząca Katedra Mechaniki Konstrukcji
Nauczyciel odpowiedzialny Maciej Taczała <Maciej.Taczala@zut.edu.pl>
Inni nauczyciele Diana Pietryga <diana_pietryga@zut.edu.pl>, Maciej Taczała <Maciej.Taczala@zut.edu.pl>
ECTS (planowane) 4,0 ECTS (formy) 4,0
Forma zaliczenia egzamin Język polski
Blok obieralny — Grupa obieralna —

Formy dydaktyczne

Forma dydaktycznaKODSemestrGodzinyECTSWagaZaliczenie
ćwiczenia audytoryjneA2 30 2,00,40zaliczenie
wykładyW2 30 2,00,60egzamin

Wymagania wstępne

KODWymaganie wstępne
W-1Wiadomości i umiejętności z matematyki
W-2Wiadomości i umiejętności z fizyki
W-3Wiadomości i umiejętności z termodynamiki

Cele przedmiotu

KODCel modułu/przedmiotu
C-1Zapoznanie studentów z numerycznymi metodami analizy przepływu ciepła

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

KODTreść programowaGodziny
ćwiczenia audytoryjne
T-A-1Program ANSYS - wprowadzanie danych4
T-A-2Budowa modelu obliczeniowego MES 1D i wykonanie obliczeń8
T-A-3Budowa modelu obliczeniowego MES 2D i wykonanie obliczeń8
T-A-4Budowa modelu obliczeniowego MES 3D i wykonanie obliczeń8
T-A-5Zaliczenie formy zajęć2
30
wykłady
T-W-1Pojęcia wstępne: ciepło, energia wewnętrzna, temperatura, mechanizmy wymiany ciepła (przewodzenie, konwekcja, promieniowanie cieplne), wymiana ustalona i nieustalona, pojęcia i zależności opisujące przepływ ciepła.2
T-W-2Przewodzenie ciepła: równanie przewodzenia ciepła, przewodność cieplna, temperatura jako pole skalarne, warunki początkowe i brzegowe, równanie konstytutywne, przewodzenie ciepła w stanie ustalonym bez i ze źródłami ciepła: przypadki jedno- i dwuwymiarowe, przewodzenie ciepła w stanie nieustalonym: uwzględnienie przejmowania na brzegach, warunki brzegowe, zagadnienie dwuwymiarowe4
T-W-3Konwekcja: równanie ciągłości, równanie Naviera–Stokesa, równanie energii2
T-W-4Promieniowanie: zdolność emisyjna, wymiana ciepła przez promieniowanie, prawo Lamberta1
T-W-5Metoda elementów skończonych (MES): aproksymacja MES, metoda Galerkina, metoda wariacyjna, równanie MES, rodzaje ES 1D, 2D i 3D, funkcje interpolacyjne, całkowanie numeryczne, macierz przewodności, model obliczeniowy MES, warunki brzegowe, zagadnienia zależne od czasu, elementy izoparametryczne8
T-W-6Metoda różnic skończonych (MRS): centralne wzory różnicowe dla zagadnienia jedno- i dwuwymiarowego, budowa modelu obliczeniowego: węzły, siatka, warunki brzegowe, rozwiązanie układu równań.3
T-W-7Metody rozwiązania równań MES i MRS dla ustalonego przepływu ciepła (liniowe, nieliniowe), uwzględnienie właściwości zmiennych, przemiany fazowe i równania je opisujące.4
T-W-8Metody rozwiązania układu równań MES i MRS dla nieustalonego przepływu ciepła; explicit forward/backward Eulera, Cranka-Nicolsona. Metody wielopunktowe: Adamsa-Bashforha, Rungego-Kutty. Algorytmy implicit.4
T-W-9Inne metody analizy przepływu ciepła: metoda elementów brzegowych, metody bezsiatkowe (meshless)2
30

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KODForma aktywnościGodziny
ćwiczenia audytoryjne
A-A-1Uczestnictwo w zajęciach30
A-A-2Praca własna nad zadaniami ćwiczeniowymi13
A-A-3Przygotowanie do zaliczenia5
A-A-4Konsultacje2
50
wykłady
A-W-1uczestnictwo w zajęciach30
A-W-2praca własna18
A-W-3Udział w egzaminie2
50

Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne

KODMetoda nauczania / narzędzie dydaktyczne
M-1wykład informacyjny
M-2wykład problemowy
M-3ćwiczenia przedmiotowe
M-4z użyciem komputera

Sposoby oceny

KODSposób oceny
S-1Ocena podsumowująca: ocena na podstawie wyników egzaminu
S-2Ocena podsumowująca: ocena na podstawie wyników ćwiczeń

Zamierzone efekty uczenia się - wiedza

Zamierzone efekty uczenia sięOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
CK_2A_B05_W01
Znajomość metod numerycznych w analizie procesów termicznych		CK_2A_W02——C-1T-W-8, T-W-9, T-W-6, T-W-4, T-W-2, T-W-1, T-W-5, T-W-7, T-W-3M-1, M-2S-1

Kryterium oceny - wiedza

Efekt uczenia sięOcenaKryterium oceny
CK_2A_B05_W01
Znajomość metod numerycznych w analizie procesów termicznych		2,0nie ma wiedzy w zakresie metod numerycznych w analizie procesów termicznych
3,0ma wiedzę w zakresie metod numerycznych w analizie procesów termicznych niezbędną do rozwiązania problemów o podstawowym poziomie trudności
3,5ma wiedzę w zakresie metod numerycznych w analizie procesów termicznych niezbędną do rozwiązania problemów o średnim poziomie trudności
4,0ma wiedzę w zakresie metod numerycznych w analizie procesów termicznych niezbędną do rozwiązania problemów o zaawansowanym poziomie trudności
4,5ma wiedzę w zakresie metod numerycznych w analizie procesów termicznych niezbędną do sformułowania i rozwiązania problemów o średnim poziomie trudności
5,0ma wiedzę w zakresie metod numerycznych w analizie procesów termicznych niezbędną do sformułowania i rozwiązania problemów o zaawansowanym poziomie trudności

Literatura podstawowa

  1. Reddy J.N., Gartling D.K., The Finite Element Method in Heat Transfer and Fluid Dynamics, CRC Press, Boca Raton, London, New York, Washington D.C., 2001
  2. Zienkiewicz O.C., Taylor R.L., Zhu J.Z., The Finite Element Method: Its Basis and Fundamentals, Elsevier Butterworth-Heinemann, Oxford, 2018
  3. Majchrzak E., Metoda elementow brzegowych w przeplywie ciepla, Wydawnictwo Politechniki Czestochowskiej, Czestochowa, 2001
  4. Pudlik W., Wymiana i wymienniki ciepła, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk, 2012

Literatura dodatkowa

  1. Jemioło Stanisław (red.), Termosprężystość i przepływ ciepła w materiałach anizotropowych (rozdział IV Przegląd metod numerycznych stosowanych w zagadnieniach granicznych przepływu ciepła), Politechnika Warszawska, Warszawa, 2015
  2. Wiśniewski S., Wymiana ciepła, PWN, Warszawa, 1988
  3. Delgado J.M.P.Q., de Lima A. G. B., da Silva M. V., Numerical analysis of heat and mass transfer in porous media, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2012

Treści programowe - ćwiczenia audytoryjne

KODTreść programowaGodziny
T-A-1Program ANSYS - wprowadzanie danych4
T-A-2Budowa modelu obliczeniowego MES 1D i wykonanie obliczeń8
T-A-3Budowa modelu obliczeniowego MES 2D i wykonanie obliczeń8
T-A-4Budowa modelu obliczeniowego MES 3D i wykonanie obliczeń8
T-A-5Zaliczenie formy zajęć2
30

Treści programowe - wykłady

KODTreść programowaGodziny
T-W-1Pojęcia wstępne: ciepło, energia wewnętrzna, temperatura, mechanizmy wymiany ciepła (przewodzenie, konwekcja, promieniowanie cieplne), wymiana ustalona i nieustalona, pojęcia i zależności opisujące przepływ ciepła.2
T-W-2Przewodzenie ciepła: równanie przewodzenia ciepła, przewodność cieplna, temperatura jako pole skalarne, warunki początkowe i brzegowe, równanie konstytutywne, przewodzenie ciepła w stanie ustalonym bez i ze źródłami ciepła: przypadki jedno- i dwuwymiarowe, przewodzenie ciepła w stanie nieustalonym: uwzględnienie przejmowania na brzegach, warunki brzegowe, zagadnienie dwuwymiarowe4
T-W-3Konwekcja: równanie ciągłości, równanie Naviera–Stokesa, równanie energii2
T-W-4Promieniowanie: zdolność emisyjna, wymiana ciepła przez promieniowanie, prawo Lamberta1
T-W-5Metoda elementów skończonych (MES): aproksymacja MES, metoda Galerkina, metoda wariacyjna, równanie MES, rodzaje ES 1D, 2D i 3D, funkcje interpolacyjne, całkowanie numeryczne, macierz przewodności, model obliczeniowy MES, warunki brzegowe, zagadnienia zależne od czasu, elementy izoparametryczne8
T-W-6Metoda różnic skończonych (MRS): centralne wzory różnicowe dla zagadnienia jedno- i dwuwymiarowego, budowa modelu obliczeniowego: węzły, siatka, warunki brzegowe, rozwiązanie układu równań.3
T-W-7Metody rozwiązania równań MES i MRS dla ustalonego przepływu ciepła (liniowe, nieliniowe), uwzględnienie właściwości zmiennych, przemiany fazowe i równania je opisujące.4
T-W-8Metody rozwiązania układu równań MES i MRS dla nieustalonego przepływu ciepła; explicit forward/backward Eulera, Cranka-Nicolsona. Metody wielopunktowe: Adamsa-Bashforha, Rungego-Kutty. Algorytmy implicit.4
T-W-9Inne metody analizy przepływu ciepła: metoda elementów brzegowych, metody bezsiatkowe (meshless)2
30

Formy aktywności - ćwiczenia audytoryjne

KODForma aktywnościGodziny
A-A-1Uczestnictwo w zajęciach30
A-A-2Praca własna nad zadaniami ćwiczeniowymi13
A-A-3Przygotowanie do zaliczenia5
A-A-4Konsultacje2
50
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KODForma aktywnościGodziny
A-W-1uczestnictwo w zajęciach30
A-W-2praca własna18
A-W-3Udział w egzaminie2
50
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty uczenia sięCK_2A_B05_W01Znajomość metod numerycznych w analizie procesów termicznych
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówCK_2A_W02ma elementarną wiedzę z zakresu rozwiązań teleinformatycznych, niezbędną do korzystania z sieci teleinformatycznych, aplikacji sieciowych, narzędzi wspomagania komputerowego podczas rozwiązywania problemów technicznych i organizacyjnych występujących w chłodnictwie, klimatyzacji i pompach ciepła
Cel przedmiotuC-1Zapoznanie studentów z numerycznymi metodami analizy przepływu ciepła
Treści programoweT-W-8Metody rozwiązania układu równań MES i MRS dla nieustalonego przepływu ciepła; explicit forward/backward Eulera, Cranka-Nicolsona. Metody wielopunktowe: Adamsa-Bashforha, Rungego-Kutty. Algorytmy implicit.
T-W-9Inne metody analizy przepływu ciepła: metoda elementów brzegowych, metody bezsiatkowe (meshless)
T-W-6Metoda różnic skończonych (MRS): centralne wzory różnicowe dla zagadnienia jedno- i dwuwymiarowego, budowa modelu obliczeniowego: węzły, siatka, warunki brzegowe, rozwiązanie układu równań.
T-W-4Promieniowanie: zdolność emisyjna, wymiana ciepła przez promieniowanie, prawo Lamberta
T-W-2Przewodzenie ciepła: równanie przewodzenia ciepła, przewodność cieplna, temperatura jako pole skalarne, warunki początkowe i brzegowe, równanie konstytutywne, przewodzenie ciepła w stanie ustalonym bez i ze źródłami ciepła: przypadki jedno- i dwuwymiarowe, przewodzenie ciepła w stanie nieustalonym: uwzględnienie przejmowania na brzegach, warunki brzegowe, zagadnienie dwuwymiarowe
T-W-1Pojęcia wstępne: ciepło, energia wewnętrzna, temperatura, mechanizmy wymiany ciepła (przewodzenie, konwekcja, promieniowanie cieplne), wymiana ustalona i nieustalona, pojęcia i zależności opisujące przepływ ciepła.
T-W-5Metoda elementów skończonych (MES): aproksymacja MES, metoda Galerkina, metoda wariacyjna, równanie MES, rodzaje ES 1D, 2D i 3D, funkcje interpolacyjne, całkowanie numeryczne, macierz przewodności, model obliczeniowy MES, warunki brzegowe, zagadnienia zależne od czasu, elementy izoparametryczne
T-W-7Metody rozwiązania równań MES i MRS dla ustalonego przepływu ciepła (liniowe, nieliniowe), uwzględnienie właściwości zmiennych, przemiany fazowe i równania je opisujące.
T-W-3Konwekcja: równanie ciągłości, równanie Naviera–Stokesa, równanie energii
Metody nauczaniaM-1wykład informacyjny
M-2wykład problemowy
Sposób ocenyS-1Ocena podsumowująca: ocena na podstawie wyników egzaminu
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0nie ma wiedzy w zakresie metod numerycznych w analizie procesów termicznych
3,0ma wiedzę w zakresie metod numerycznych w analizie procesów termicznych niezbędną do rozwiązania problemów o podstawowym poziomie trudności
3,5ma wiedzę w zakresie metod numerycznych w analizie procesów termicznych niezbędną do rozwiązania problemów o średnim poziomie trudności
4,0ma wiedzę w zakresie metod numerycznych w analizie procesów termicznych niezbędną do rozwiązania problemów o zaawansowanym poziomie trudności
4,5ma wiedzę w zakresie metod numerycznych w analizie procesów termicznych niezbędną do sformułowania i rozwiązania problemów o średnim poziomie trudności
5,0ma wiedzę w zakresie metod numerycznych w analizie procesów termicznych niezbędną do sformułowania i rozwiązania problemów o zaawansowanym poziomie trudności