Informacje ogólne:
Rocznik:
2013/2014
Kod:
JFT-1-603-s
Nazwa:
Zagadnienia transportu w inżynierii środowiska
Wydział:
Fizyki i Informatyki Stosowanej
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
Kierunek:
Fizyka Techniczna
Semestr:
6
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Osoba odpowiedzialna:
dr hab. Lenda Andrzej (lenda@newton.ftj.agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
dr Czapliński Wilhelm (czaplinski@fis.agh.edu.pl)
dr hab. Lenda Andrzej (lenda@newton.ftj.agh.edu.pl)
Opisy efektów kształcenia dla modułu
Kod EKM Student, który zaliczył moduł wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń)
Wiedza
M_W001 Student posiada wiedzę o podstawowych mechanizmach transportu , ze specjalnym uwzględnieniem aspektów środowiskowych; posiada umiejętności konstrukcji prostych modeli bilansujących zjawiska transportu. Rozumie i potrafi opisać ilościowo zjawiska agregacji (koagulacji) cząstek, adsorpcji i partycji. FT1A_W06, FT1A_W01 Egzamin,
Udział w dyskusji,
Aktywność na zajęciach,
Referat
M_W002 Student posiada pogłębioną wiedzę z zakresu mechaniki płynów; zna genezę równań Navier-Stokesa w ujęciu tensorowym. Potrafi scharakteryzować przepływy turbulentne i podać podstawowe próby ich opisania. Potrafi wykorzystać kryterialne wskaźniki do ogólnego scharakteryzowania przepływów. FT1A_W06, FT1A_W01 Egzamin,
Aktywność na zajęciach,
Referat,
Udział w dyskusji
M_W003 Student ma dobrą znajomość zjawiska dyfuzji, ze szczególnym uwzględnieniem dyfuzji w ośrodkach porowatych (dyspersja hydrodynamiczna), a także synergii dyfuzja-adsorpcja w różnych sytuacjach materiałowych i geometrycznych. Zna i potrafi omówić półilościowo mechanizmy filtracji w ośrodku porowatym. FT1A_W06, FT1A_W01 Aktywność na zajęciach,
Udział w dyskusji,
Egzamin,
Referat
Umiejętności
M_U001 Student potrafi – w przypadku układów o małym i średnim stopniu złożoności – ułożyć bilans wejścia-wyjścia dla układu i zachodzących w nim procesów, doprowadzić do zapisu w postaci równania różniczkowego, rozwiązać takie równanie z uwzględnieniem warunków brzegowych. FT1A_U01, FT1A_U04 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Referat,
Udział w dyskusji
M_U002 Student potrafi opisać ilościowo procesy sedymentacji i koagulacji; potrafi sformułować (pół)ilościowe prognozy dotyczące przebiegu zjawisk. Potrafi rozwiązać uproszczone formy równania N-S, obliczyć i zinterpretować liczby kryterialne określające charakter przepływu. FT1A_U02, FT1A_U01, FT1A_U04 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Referat,
Udział w dyskusji
M_U003 W oparciu o podstawowe rozwiązania problemów dyfuzyjno-adsorpcyjnych student potrafi prognozować tempo zachodzenia takich procesów z uwzględnieniem ich skutków dla środowiska. FT1A_U02, FT1A_U01, FT1A_U04 Kolokwium,
Aktywność na zajęciach,
Referat,
Udział w dyskusji
Kompetencje społeczne
M_K001 Student potrafi współpracować w zespole rozwiązującym problemy rachunkowe o konkretnym profilu fizycznym. Wyszukuje w Internecie strony zawierające odpowiednie wiadomości i na ich podstawie opracować referat, a także – korzystając z pomocy prowadzącego zajęcia – zastosować zdobyte wiadomości do opracowania pracy inżynierskiej ze środowiskowych zagadnień transportu. FT1A_K04, FT1A_K05, FT1A_K01 Udział w dyskusji,
Aktywność na zajęciach,
Referat
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Inne
E-learning
Wiedza
M_W001 Student posiada wiedzę o podstawowych mechanizmach transportu , ze specjalnym uwzględnieniem aspektów środowiskowych; posiada umiejętności konstrukcji prostych modeli bilansujących zjawiska transportu. Rozumie i potrafi opisać ilościowo zjawiska agregacji (koagulacji) cząstek, adsorpcji i partycji. + + - - - - - - -
M_W002 Student posiada pogłębioną wiedzę z zakresu mechaniki płynów; zna genezę równań Navier-Stokesa w ujęciu tensorowym. Potrafi scharakteryzować przepływy turbulentne i podać podstawowe próby ich opisania. Potrafi wykorzystać kryterialne wskaźniki do ogólnego scharakteryzowania przepływów. + + - - - - - - -
M_W003 Student ma dobrą znajomość zjawiska dyfuzji, ze szczególnym uwzględnieniem dyfuzji w ośrodkach porowatych (dyspersja hydrodynamiczna), a także synergii dyfuzja-adsorpcja w różnych sytuacjach materiałowych i geometrycznych. Zna i potrafi omówić półilościowo mechanizmy filtracji w ośrodku porowatym. + + - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi – w przypadku układów o małym i średnim stopniu złożoności – ułożyć bilans wejścia-wyjścia dla układu i zachodzących w nim procesów, doprowadzić do zapisu w postaci równania różniczkowego, rozwiązać takie równanie z uwzględnieniem warunków brzegowych. + + - - - - - - -
M_U002 Student potrafi opisać ilościowo procesy sedymentacji i koagulacji; potrafi sformułować (pół)ilościowe prognozy dotyczące przebiegu zjawisk. Potrafi rozwiązać uproszczone formy równania N-S, obliczyć i zinterpretować liczby kryterialne określające charakter przepływu. + + - - - - - - -
M_U003 W oparciu o podstawowe rozwiązania problemów dyfuzyjno-adsorpcyjnych student potrafi prognozować tempo zachodzenia takich procesów z uwzględnieniem ich skutków dla środowiska. + + - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student potrafi współpracować w zespole rozwiązującym problemy rachunkowe o konkretnym profilu fizycznym. Wyszukuje w Internecie strony zawierające odpowiednie wiadomości i na ich podstawie opracować referat, a także – korzystając z pomocy prowadzącego zajęcia – zastosować zdobyte wiadomości do opracowania pracy inżynierskiej ze środowiskowych zagadnień transportu. - + - - - - - - -
Treść modułu kształcenia (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:
  1. WPROWADZENIE -RÓWNANIA BILANSU

    Prawa zachowania w ośrodkach ciągłych; pojęcie układu; równanie różniczkowe, ośrodek ciągły – 2 godz.

  2. ZAWIESINY CZĄSTECZKOWE O NISKICH STĘŻENIACH

    Zawiesiny cząsteczkowe o niskich koncentracjach i ich przepływy; siły oporu, wzór Stokesa – niskie wartości Re; sedymentacja objętościowa – przypadek zerowego i pełnego mieszania; sedymentacja ciągła – 2 godz.

  3. ODDZIAŁYWANIA CZĄSTYEK NAŁADOWANYCH

    Oddziaływanie wzajemne niewielkich cząstek naładowanych; rola powierzchni, hydrozole i aerozole – 1 godz.

  4. WARSTWA PODWÓJNA

    Warstwa podwójna i jej rola w stabilności roztworu koloidalnego; model Debeye’a-Hueckela warstwy podwójnej; siły van der Waalsa; teoria DLVO – 1 godz.

  5. KOAGULACJA

    Zderzenia i koagulacja cząstek; funkcja częstości zderzeń – 2 godz.

  6. ADSORPCJA I PARTYCJA

    Adsorpcja, partycja, powierzchnie podziału; adsorpcja na granicy ciało stałe/ciecz i ciało stałe/gaz;
    izotermy adsorpcji; liniowa partycja pomiędzy dwoma fazami w stanie równowagi – 2 godz.

  7. MECHANIKA PŁYNÓW

    Podstawy mechaniki płynów; równania Navier-Stokesa; przepływy ustalone: jednokierunkowe i okrężne; tensor naprężeń ścinania; lepkość płynów newtonowskich – 3 godz.

  8. PRAWO DARCY'EGO

    Przepływ w ośrodkach porowatych; prawo Darcy’ego – 1 godz

  9. PŁYNY IDEALNE

    Płyny idealne, przepływ potencjalny, płyny nielepkie i równanie Eulera – 1 godz.

  10. LAMINARNA WARSTWA GRANICZNA, TURBULENCJE

    Laminarna warstwa graniczna; przepływy turbulentne; metoda uśredniania Reynoldsa; naprężenia Reynoldsa; problem zamkniętości równań; lepkość wirów i model „długości mieszania”; model κ-ε; izotropowość turbulencji; model Kołmogorowa – 2 godz.

  11. DYFUZJA

    Dyfuzyjny transport masy; termodynamika dyfuzji; pierwsze prawo Ficka; współczynnik dyfuzji;stacjonarne procesy dyfuzyjne z zerowym transferem masy – 3 godz.
    Dyfuzja z niejednorodną reakcją chemiczną na powierzchniach cząstek; koagulacja w ruchach Browna – 1 godz
    Dyfuzja z jednorodną reakcją chemiczną pierwszego rzędu; 2.prawo Ficka; dyfuzja niestacjonarna – 2 godz.
    Dyfuzja w ośrodkach porowatych; efektywny współczynnik dyfuzji; dyfuzja połączona z konwekcją; dyspersja; transport masy; równanie konwekcyjno-dyfuzyjne – 2 godz.

  12. DYSPERSJA HYDRODYNAMICZNA

    Transport masy w ośrodkach porowatych; współczynniki dyspersji; tensor dyspersji hydrodynamicznej; Równanie dyspersji w jednorodnym, izotropowym ośrodku porowatym – 2 godz.

  13. FILTRACJA

    Filtracja; klasyczne mechanizmy wychwytu pojedynczego kolektora; wpływ sąsiednich kolektorów na pole przepływu; opóźnienie hydrodynamiczne; wydajności wychwytu dla ziarnistych i włóknistych filtrów – 2 godz.

Ćwiczenia audytoryjne:
  1. Bilans masy w układach zamkniętych – różne geometrie i procesy – 3 godz.

    Efekty kształcenia:
    - potrafi – w przypadku układów o małym i średnim stopniu złożoności – ułożyć bilans wejścia-wyjścia dla układu i zachodzących w nim procesów, doprowadzić do zapisu w postaci równania różniczkowego, rozwiązać takie równanie z uwzględnieniem warunków brzegowych.

  2. Sedymentacja, agregacja (koagulacja, adsorpcja) – 3 godz .

    Efekty kształcenia:
    - student potrafi sformułować i rozwiązać odpowiednie równania; potrafi sformułować (pół)ilościowe prognozy dotyczące przebiegu zjawisk.

  3. Równania hydrodynamiki – 4 godz.

    Efekty kształcenia:
    - student umie rozwiązać uproszczone formy równania N-S, obliczyć i zinterpretować liczby kryterialne. Wie co to jest zjawisko turbulencji, zna podstawowe techniki, prowadzące do (pół)ilościowego opisu tego zjawiska.

  4. Dyfuzja; dyfuzja połączona z adsoprcją; dyspersja hydrodynamiczna – 4 godz.

    Efekty kształcenia:
    - w oparciu o podstawowe rozwiązania problemów dyfuzyjno-adsorpcyjnych student potrafi prognozować tempo zachodzenia takich procesów z uwzględnieniem ich skutków dla środowiska.

  5. Filtracja w ośrodku porowatym – 1 godz.

    Efekty kształcenia:
    - student zna i potrafi omówić półilościowo mechanizmy filtracji w ośrodku porowatym.

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 108 godz
Punkty ECTS za moduł 4 ECTS
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 31 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Przygotowanie do zajęć 30 godz
Udział w ćwiczeniach audytoryjnych 15 godz
Udział w wykładach 30 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

Oceny z ćwiczeń audytoryjnych (A) oraz z egzaminu (E) obliczane są następująco: procent uzyskanych punktów przeliczany jest na ocenę zgodnie z Regulaminem Studiów AGH. Referaty oceniane są jako punkty dodatkowe.

Ocena końcowa (OK) obliczana jest jako średnia ważona ocen z egzaminu (E) i z ćwiczeń audytoryjnych (A):
OK = 0,5 x E + 0,5 x A

Wymagania wstępne i dodatkowe:

• Znajomość podstaw fizyki ośrodków ciągłych (w ramach wykładu fizyki ogólnej)
• Znajomość rachunku różniczkowego i całkowego w zakresie odpowiadającym pierwszym
czterem semestrom studiów

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

• Mark M. Clark, Transport modeling for environmental engineers and scientists,
J.Wiley 1996
• Egbert Boeker, Rienk van Grondelle, Fizyka środowiska, PWN 2002
• D.J. Tritton, Physical Fluid Dynamics, Clarendon Press, Oxford 1988.
• Materiały dydaktyczne na stronie www wykładowcy:
http://www.ftj.agh.edu.pl/~lenda/transport.html

Informacje dodatkowe:

Brak