Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Mechanika płynów i termodynamika
Course of study:
2019/2020
Code:
GIGR-1-403-n
Faculty of:
Mining and Geoengineering
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Mining Engineering
Semester:
4
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Part-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr inż. Filipek Wiktor (Wiktor.Filipek@agh.edu.pl)
Module summary

Mechanika płynów– dział mechaniki ośrodków ciągłych zajmujący się analizą ruchu płynów. Przez płyny rozumie się tutaj zarówno ciecze, jak i gazy. Rozwiązaniem zagadnień mechaniki płynów zwykle jest określenie własności płynu (takich jak gęstość, temperatura) i własności danego przepływu (podanie pola prędkości, ciśnienia), w zależności od współrzędnych przestrzennych i czasu.
Tak jak każdy model matematyczny rzeczywistego świata, mechanika płynów tworzy pewne upraszczające założenia co do badanych ośrodków. Te założenia są odzwierciedlane w równaniach, które muszą się zgodzić, by uzyskany opis odpowiadał rzeczywistości.

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence: is able to
M_K001 Rozumie potrzebę ciągłego aktualizowania i poszerzania wiedzy z mechaniki płynów i termodynamiki. IGR1A_K05, IGR1A_K01 Activity during classes
Skills: he can
M_U001 Student potrafi zastosować poznane metody mechaniki płynów do rozwiązywania typowych zagadnień dotyczących przepływów płynów. IGR1A_U02, IGR1A_U04 Test,
Examination
M_U002 Student ma umiejętność wykonywania podstawowych obliczeń termodynamicznych. IGR1A_U05, IGR1A_U02 Test,
Examination
Knowledge: he knows and understands
M_W001 Student zna prawa rządzące ruchem i spoczynkiem płynu. IGR1A_W01 Execution of exercises,
Examination
M_W002 Student potrafi identyfikować procesy termodynamiczne w technice i przyrodzie IGR1A_W01 Test,
Examination
Number of hours for each form of classes:
Sum (hours)
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
39 18 9 12 0 0 0 0 0 0 0 0
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Social competence
M_K001 Rozumie potrzebę ciągłego aktualizowania i poszerzania wiedzy z mechaniki płynów i termodynamiki. + - + - - - - - - - -
Skills
M_U001 Student potrafi zastosować poznane metody mechaniki płynów do rozwiązywania typowych zagadnień dotyczących przepływów płynów. + + + - - - - - - - -
M_U002 Student ma umiejętność wykonywania podstawowych obliczeń termodynamicznych. + + + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Student zna prawa rządzące ruchem i spoczynkiem płynu. + + + - - - - - - - -
M_W002 Student potrafi identyfikować procesy termodynamiczne w technice i przyrodzie + + + - - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 135 h
Module ECTS credits 5 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 39 h
Preparation for classes 35 h
Realization of independently performed tasks 60 h
Contact hours 1 h
Module content
Lectures (18h):

Płyn jako ośrodek ciągły. Własności fizyczne płynów. Statyka płynów: równanie równowagi płynów, równowaga bezwzględna płynu, napór cieczy na ściany płaskie. Kinematyka płynów: metody analizy ruchu płynów, pochodna substancjonalna, równanie ciągłości przepływu. Dynamika płynów doskonałych: równanie ruchu płynu doskonałego, równanie Bernoulliego, zastosowanie równania Bernoulliego do pomiaru prędkości. Dynamika płynów rzeczywistych: przepływ laminarny i turbulentny, uogólnione równanie Bernoulliego. Przepływy w przewodach. Wypływ cieczy przez otwory. Przepływy w kanałach otwartych. Opływ ciał: opór profilowy, rotametr. Przepływ przez ośrodki porowate: struktura warstwy porowej, ruch wód gruntowych, dopływ wody gruntowej do studni, rowu.
Rola termodynamiki w naukach empirycznych i technice. Podstawowe pojęcia i definicje parametrów termodynamiki; układy cieplne i ich rodzaje. I Zasada termodynamiki: ciepło, praca i jej rodzaje, energia wewnętrzna, ciepło właściwe. Model gazu doskonałego i gazu półdoskonałego. Pojęcie entalpii, typowe przemiany gazu doskonałego, ciepło właściwe oraz prace (absolutna, techniczna) w tych przemianach. Efekt Joule’a-Thomsona procesu izentalpowego. Entropia. II zasada termodynamiki, obiegi gazowe, obieg Carnota, sprawność silnika termodynamicznego. Przemiany fazowe. Para wodna jako czynnik termodynamiczny. Teorie wilgotnego powietrza, parametry wilgotnego powietrza. Podstawowe przemiany wilgotnego powietrza. Mechanizmy wymiany ciepła: przewodzenie, konwekcja, promieniowanie.

Auditorium classes (9h):

Podstawowe własności fizyczne płynów. Hydrostatyka. Napór cieczy na ściany płaskie i zakrzywione. Podstawowe pojęcia kinetyki płynów. Równanie różniczkowe ciągłości przepływu. Równanie Bernoulliego dla cieczy doskonałej i rzeczywistej. Przepływ laminarny i burzliwy. Opory ruchu. Obliczanie przepływów w przewodach pod ciśnieniem. Wypływ cieczy przez otwory i przystawki. Przelewy. Ruch cieczy w korytach i kanałach otwartych. Ruch wód gruntowych. Dopływ wody do studni zwykłej i kanałów. Obliczanie wypływu i przepływu gazów. Równanie Bernoulliego dla gazów. Wypływ gazu przez otwory i dysze.
Własności i prawa gazów doskonałych. Czynnik termodynamiczny, kinetyczna teoria gazów, prawa gazów doskonałych, energia wewnętrzna, entalpia, ciepło właściwe. Pierwsza zasada termodynamiki. Praca bezwzględna, użyteczna, techniczna, pierwsza zasada termodynamiki, entropia, przemiany odwracalne i nieodwracalne. Przemiany gazów doskonałych. Druga zasada termodynamiki. Obiegi gazowe. Obieg Carnota. Para wodna jako czynnik termodynamiczny. Krzywa wrzenia, punkt potrójny, Wykres p-v dla pary wodnej, ciepło parowania, entalpia i entropia wody i pary; powietrze wilgotne. Wymiana ciepła i wymienniki. Przewodzenie ciepła, wymiana ciepła przez konwekcję, promieniowanie; przenikanie ciepła. Obiegi parowe. Obiegi parowe, chłodnictwo.

Laboratory classes (12h):

Pomiar gęstości powietrza, gęstości cieczy i lepkości cieczy. Pomiar współczynnika oporu liniowego. Pomiar współczynnika oporu lokalnego. Pomiar rozkładu prędkości w przekroju przewodu. Pomiar strumienia objętości różnymi przepływomierzami. Wyznaczanie ciepła właściwego powietrza. Wyznaczanie wykładnika adiabaty.

Additional information
Teaching methods and techniques:
  • Lectures: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Auditorium classes: Podczas zajęć audytoryjnych studenci na tablicy rozwiązują zadane wcześniej problemy. Prowadzący na bieżąco dokonuje stosowanych wyjaśnień i moderuje dyskusję z grupą nad danym problemem.
  • Laboratory classes: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Participation rules in classes:
  • Lectures:
    – Attendance is mandatory: No
    – Participation rules in classes: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Auditorium classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci przystępując do ćwiczeń są zobowiązani do przygotowania się w zakresie wskazanym każdorazowo przez prowadzącego (np. w formie zestawów zadań). Ocena pracy studenta może bazować na wypowiedziach ustnych lub pisemnych w formie kolokwium, co zgodnie z regulaminem studiów AGH przekłada się na ocenę końcową z tej formy zajęć.
  • Laboratory classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Method of calculating the final grade:

Ocena końcowa jest średnią ważoną ocen z egzaminu (waga 0,6), ćwiczeń audytoryjnych (waga 0,2) i ćwiczeń laboratoryjnych (waga 0,2).

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Prerequisites and additional requirements:

Znajomość matematyki i fizyki.

Recommended literature and teaching resources:

Z.Orzechowski, J.Prywer, R.Zarzycki „Mechanika płynów w inżynierii i ochronie środowiska” WNT Warszawa 2009
J.Wacławik „Mechanika płynów i termodynamika” Wydawnictwa AGH, Kraków 1993
E.Burka,T.Nałecz „Mechanika płynów w przykładach”, PWN Warszawa 1994
W. Szewszyk, J. Wojciechowski: Wykłady z termodynamiki z przykładami zadań. Wydawnictwo AGH. Kraków 2007
J. Szargut: Termodynamika. PWN, Warszawa 2005
St. Ochęduszko: Termodynamika stosowana. WNT, Warszawa 1974
St. Wiśniewski: Termodynamika techniczna. WNT, Warszawa 2005

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

1. Analiza pola prędkości w wyrobiskach przetwietrzanych przez dyfuzję — Airflow patterns inside a short blind heading / Marian BRANNY, Wiktor FILIPEK, Michał KARCH // Górnictwo i Geoinżynieria / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica, Kraków ; ISSN 1732-6702. — Tytuł poprz.: Górnictwo (Kraków). — 2010 R. 34 z. 1, s. 41–51. — Bibliogr. s. 51, Streszcz., Summ.. — tekst: http://journals.bg.agh.edu.pl/GORNICTWO/2010-01/GG_2010_1_03.pdf
2. Badania modelowe przepływu powietrza w strefie przodkowej wyrobiska z wentylacją lutniową — Model research of air flow in blind headings with fun and duct system of ventilation / Marian BRANNY, Janusz SZMYD, Marek JASZCZUR, Remigiusz NOWAK, Wiktor FILIPEK, Waldemar WODZIAK // W: Materiały 7. Szkoły Aerologii Górniczej : Krynica-Zdrój, 9–11 października 2013, t. 1 / Sekcja Aerologii Górniczej Komitetu Górnictwa PAN, Politechnika Śląska. Wydział Górnictwa i Geologii. Instytut Eksploatacji Złóż. — Gliwice : Instytut Eksploatacji Złóż, 2013. — S. 161–173. — Bibliogr. s. 172–173,
3. Numerical simulation of ventilation of blind drifts with a force-exhaust overlap system in the condition of methan and dust hazards — Symulacja numeryczna przewietrzania wyrobisk ślepych systemem wentylacji kombinowanej w warunkach zagrożenia metanowego i pyłowego / Marian BRANNY, Wiktor FILIPEK // Archives of Mining Sciences = Archiwum Górnictwa ; ISSN 0860-7001. — 2008 vol. 53 no. 2, s. 221–234. — Bibliogr. s. 234. — tekst: http://archiwum.img-pan.krakow.pl/index.php/AMS/article/view/536/547
4. Prognozowanie temperatury powietrza w przodkach wyrobisk ślepych przewietrzanych wentylacją lutniową – 3D symulacja komputerowa — Prediction of air temperature in the working faces of blind headings with fan and duct ventilation system – 3D computer simulation / Marian BRANNY, Wiktor FILIPEK, Michał KARCH // Górnictwo i Geoinżynieria / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica, Kraków ; ISSN 1732-6702. — Tytuł poprz.: Górnictwo (Kraków). — 2009 R. 33 z. 3, s. 43–54. — Bibliogr. s. 53–54, Streszcz., Summ.

Additional information:

Ewentualną nieobecność na ćwiczeniach należy odrobić z inną grupą po wcześniejszym uzgodnieniu z prowadzącym zajęcia.