Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Transport ciepła i masy I
Course of study:
2019/2020
Code:
SENR-1-413-s
Faculty of:
Energy and Fuels
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Energy Engineering
Semester:
4
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
prof. zw. dr hab. inż. Szmyd Janusz (janusz@agh.edu.pl)
Module summary

Procesy transportu masy i ciepła występują powszechnie w przyrodzie i technice. Zdolność ich ilościowego opisywania ma kluczowe znaczenie dla projektowania i obsługi wielu urządzeń w energetyce.

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 dokształcania się - podnoszenia kompetencji zawodowych i osobistych ENR1A_K01 Participation in a discussion
Skills: he can
M_U001 Potrafi rozwiązywać analitycznie zagadnienia transportu masy i ciepła opisane metodami matematycznymi ENR1A_U04, ENR1A_U05, ENR1A_U01 Test,
Oral answer
M_U002 Potrafi obliczyć rozkład temperatury i strumieni ciepła dla prostych procesów przepływu ciepła w prostej geometrii ENR1A_U04, ENR1A_U05, ENR1A_U01 Test,
Oral answer
Knowledge: he knows and understands
M_W001 Zna ogólny opis matematyczny procesów transportu ciepła i masy ENR1A_W01, ENR1A_W02 Examination
M_W002 Rozumie zjawiska i procesy fizyczne zachodzące w przyrodzie związane z wymianą ciepła i masy ENR1A_W01, ENR1A_W04, ENR1A_W02 Examination
M_W003 Zna podstawowe prawa transportu ciepła i masy ENR1A_W01, ENR1A_W04 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
60 30 20 10 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 dokształcania się - podnoszenia kompetencji zawodowych i osobistych + + - - - - - - - - -
Skills
M_U001 Potrafi rozwiązywać analitycznie zagadnienia transportu masy i ciepła opisane metodami matematycznymi - + - - - - - - - - -
M_U002 Potrafi obliczyć rozkład temperatury i strumieni ciepła dla prostych procesów przepływu ciepła w prostej geometrii - + - - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Zna ogólny opis matematyczny procesów transportu ciepła i masy + - + - - - - - - - -
M_W002 Rozumie zjawiska i procesy fizyczne zachodzące w przyrodzie związane z wymianą ciepła i masy + + + - - - - - - - -
M_W003 Zna podstawowe prawa transportu ciepła i masy + - + - - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 110 h
Module ECTS credits 4 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 60 h
Preparation for classes 15 h
Realization of independently performed tasks 30 h
Contact hours 5 h
Module content
Lectures (30h):

1. Wstęp, podstawowe pojęcia związane z wymianą masy i ciepła
2. Ustalone przewodzenie ciepła przez ścianę płaską, cylindryczną i sferyczną
3. Ustalone przewodzenie ciepła przez wielowarstwową ściankę płaską, cylindryczną i sferyczną
4. Ustalone przewodzenie ciepła przy istnieniu wewnętrznych źródeł ciepła
5. Nieustalone przewodzenie ciepła
6. Teoria podobieństwa i analiza wymiarowa
7. Konwekcyjna wymiana ciepła
8. Konwekcja wymuszona w różnych geometriach
9. Konwekcja naturalna
10. Wrzenie
11. Kondensacja
12. Radiacyjna wymiana ciepła
13. Radiacyjna wymiana ciepła pomiędzy ciałami szarymi
14. Wymiana masy
15. Zagadnienia jednoczesnej wymiany ciepła i masy

Auditorium classes (20h):

1. Podstawowe prawa transportu ciepła i masy
2. Analiza ustalonego przewodzenia i wnikania ciepła przez ścianki (płaską, cylindryczną i sferyczną) jedno- i wielowarstwowe
3. Analiza ustalonego przewodzenia i wnikania ciepła przez ścianki (płaską, cylindryczną i sferyczną) w obecności wewnętrznych źródeł ciepła
4. Analiza nieustalonego transportu ciepła w ciałach o małym oporze przewodzenia ciepła
5. Rozwiązania niestacjonarnego równania przewodzenia ciepła
6. Zastosowanie teorii podobieństwa w zagadnieniach transportu ciepła i masy
7. Analiza wymiany ciepła podczas konwekcji wymuszonej oraz naturalnej
8. Analiza radiacyjnej wymiany ciepła pomiędzy ciałami doskonale czarnymi
9. Analiza radiacyjnej wymiany ciepła pomiędzy ciałami szarymi
10. Analiza procesów dyfuzyjnego transportu masy

Laboratory classes (10h):

1. Pomiar współczynnika przewodzenia ciepła płynów
2. Analiza wydajności układu solarnego
3. Analiza procesu konwekcji naturalnej oraz wymuszonej w kanale o przekroju prostokątnym

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:

Warunkiem przystąpienia do egzaminu jest uzyskanie zaliczeń z ćwiczeń audytoryjnych oraz laboratoryjnych.

Ocena końcowa z ćwiczeń laboratoryjnych obliczana jest w następujący sposób:
OK_lab=(S+K)/2
S=sum(s_i)/i
Gdzie:
OK_lab – ocena końcowa z laboratorium
S – ocena sumaryczna ze sprawozdań
S_i – ocena z pojedynczego sprawozdania
i – ilość sprawozdań
K- ocena z kolokwium zaliczeniowego na laboratoriach.
Wszystkie ćwiczenia laboratoryjne muszą być zaliczone, aby ta forma zajęć została zaliczona.

W przypadku nieuzyskania oceny pozytywnej z kolokwium zaliczeniowego w pierwszym terminie student będzie miał możliwość przystąpienia do kolokwium w drugim terminie. Ocena uzyskana z tego kolokwium zaliczeniowego będzie w następujący sposób uwzględniania w ocenie końcowej:
K=0,2*2.0+0,8*KII
Gdzie KII to pozytywna ocena uzyskana w drugim terminie zaliczenia.

W przypadku nieuzyskania oceny pozytywnej z kolokwium zaliczeniowego w drugim terminie student będzie miał możliwość przystąpienia do kolokwium w trzecim terminie. Ocena uzyskana z tego kolokwium zaliczeniowego w będzie w następujący sposób uwzględniania w ocenie końcowej:
K=0,4*2.0+0,6*KIII
Gdzie KIII to pozytywna ocena uzyskana w trzecim terminie zaliczenia.

Ocena końcowa z ćwiczeń audytoryjnych obliczana jest w następujący sposób:
OK_ćw=0,3*O+0,7*K
O=sum(T_o)/o
K=sum(k_i)/i
Gdzie:
OK_ćw – ocena końcowa z ćwiczeń
O – ocena sumaryczna z odpowiedzi przy tablicy
T – pojedyncza ocena z odpowiedzi
K – ocena sumaryczna z kolokwiów
k – ocena z pojedynczego kolokwium
o – ilość odpowiedzi przy tablicy
i – ilość kolokwiów.

W przypadku nieuzyskania zaliczenia w pierwszym terminie student może przystąpić do kolokwium w drugim terminie zaliczenia. Ocena uzyskana z tego kolokwium zaliczeniowego w będzie w następujący sposób uwzględniania w ocenie końcowej:
K=0,2*2.0+0,8*KII
Gdzie KII to pozytywna ocena uzyskana w drugim terminie zaliczenia.

W przypadku nieuzyskania zaliczenia w drugim terminie student może przystąpić do kolokwium w trzecim terminie zaliczenia. Ocena uzyskana z tego kolokwium zaliczeniowego będzie w następujący sposób uwzględniania w ocenie końcowej:
K=0,4*2.0+0,6*KIII
Gdzie KIII to pozytywna ocena uzyskana w trzecim terminie zaliczenia.

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:

OK = 0.7 OE + 0.2 OC + 0.1 OL
OK – ocena końcowa
OE – ocena z egzaminu
OC – ocena z ćwiczeń audytoryjnych
OL – ocena z ćwiczeń laboratoryjnych
Termin 1 = 100% OK
Termin 2 = 100% OK
Termin 3 = 100% OK

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

Obecność na ćwiczeniach audytoryjnych i laboratoryjnych jest obowiązkowa. Jedna nieusprawiedliwiona nieobecność na ćwiczeniach audytoryjnych lub laboratoryjnych powoduje brak zaliczenia przedmiotu.

Dopuszczalna jest jedna nieobecność na zajęciach, ale musi być ona usprawiedliwiona. W przypadku usprawiedliwionej nieobecności na zajęciach laboratoryjnych student będzie miał możliwość odrobienia tych zajęć w terminie wyznaczonym przez prowadzącego.

Uwaga! Wyznaczony będzie tylko jeden termin na odrabianie zajęć, i podczas tych zajęć będzie można odrobić tylko jedno ćwiczenie laboratoryjne!

Prerequisites and additional requirements:

Znajomość podstawowych praw związanych z termodynamiką i mechaniką płynów.
Znajomość podstaw analizy matematycznej, algebry i geometrii analitycznej. Umiejętność rozwiązywania układów równań różniczkowych zwyczajnych i cząstkowych oraz problemów brzegowo-początkowych.

Recommended literature and teaching resources:

1. Staniszewski B., Wymiana ciepła, WNT, Warszawa, 1979
2. Wiśniewski S., Wiśniewski T.S., Wymiana ciepła, WNT, Warszawa, 2000
3. Holman J.P., Heat Transfer, McGraw Hill, Inc., New York, 1997
4. Lienhard IV J.H., Lienhard V J.H., A heat transfer textbook, Phogiston Press, Cambridge, 2002
5. Bejan A., Kraus A.D., Heat transfer handbook, Wiley, Hoboken, 2003

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

Szmyd J.S., Suzuki K. (2000), Modelling of Transport Phenomena in crystal Growth, WITPress, Southampton UK, pp.1-367, ISBN 1-85321-753-3.

Szmyd J.S., (2009) Fuel Cell Systems, AGH University of Science and Technology Press, Krakow, pp. 1-128, ISBN 978-83-7464-266-8.

Szmyd J.S. Kapust Cz, (2017) High Magnetic Fields, AGH University of Science and Technology Press, Krakow, pp. 1-83, ISBN 978-83-7464-869-1.

H. Ozoe, J.S. Szmyd, T. Tagawa – Magnetic fields in semiconductor crystal growth, Magnetohydrodynamics – Historical Evolution and Trends, Springer, The Netherlands, 2007, 375-390, ISBN 978-1-4020-4832-6 (HB) ISBN 978-1-4020-4832-3

J.S. Szmyd, M. Jaszczur, H. Ozoe, N. Imaishi – Fluid flow patterns in Brindgman and Czochlarski configurations, Studies on Flow Instabilities in Bulk Crystal Growth, Transworld Research Network, India, Chapter 8, 2007, 179-206, ISBN 81-7895-277-7.

Kolenda Z., J. Szmyd, L. Martinez Baez, S. Slupek, (1983); Numerical modelling of heat transfer processes with supplementary data, Can. J. of Chemical Engineering, 61, pp.627-634.

Suzuki K., J. Szmyd, H. Ohtsuka, (1990); Laminar forced convection heat transfer in eccentric annuli, Trans. of the Japan Society of Mechanical Engineers B, 56, pp.3445-3450, (in Japanese).

Suzuki K., J. Szmyd, H. Ohtsuka, (1990); Liquid metal turbulent heat transfer in eccentric annuli, Transaction of the Japan Society of Mechanical Engineers B, 56, pp.2027-2033, (in Japanese).

Szmyd J., K. Suzuki, Z. Kolenda, J. Humphrey, (1992); A study of thermo – fluid phenomena with uncertainties by making use of interactive computational – experimental methodology, International JSME Journal, Series II, Vol.35, No.4, pp.599-607.

Szmyd J., Jaszczur M., Ozoe H. (2002), Numerical calculation of spoke pattern in Bridgman top seeding convection, Numerical Heat Transfer Part A. Vol. 41, pp. 685-695

Fornalik E., Leiner W., Szmyd J.S., Kowalewski T.A., (2003), Experimental simulation of mixed convection, Advances in Heat Transfer Engineering, Begell House, New York, pp.339-346.

Szmyd J, Suzuki K. (2003) Numerical analysis of transport phenomena in Y-Ba-Cu-O melt during growth of superconducting crystal Y123 by Czochralski method, Physica C , Vol.392-396, pp. 446-452
Bednarz T., Tagawa T., Kanada M., Ozoe H., Szmyd J.S., (2004), Magnetic and gravitational convection of air with coil inclined around the x-axis, Numerical Heat Transfer, Part A , Vol. 46, pp.96-113.

P. Filar, E. Fornalik, M. Kaneda, T. Tagawa, H. Ozoe, J. S. Szmyd “Three-dimensional numerical computation for magnetic convection of air inside a cylinder heated and cooled isothermally from a side wall” International Journal of Heat and Mass Transfer ; ISSN 0017-9310. — 2005 vol. 48 s. 1858–1867.

T. Bednarz, E. Fornalik, T. Tagawa, H. Ozoe, J.S. Szmyd “Convection of paramagnetic fluid in a cube heated and cooled from side walls and placed below a superconducting magnet – comparison between experiment and numerical computations “ Thermal Science and Engineering ; ISSN 0918-9963. — 2006 vol. 14 no. 4 s. 107–114

J. S. Szmyd, M. Jaszczur, H. Ozoe “Numerical analysis of the unsteady character of “spoke pattern” in Bridgman top seeding geometry” Journal of Crystal Growth ; ISSN 0022-0248. — 2007 vol. 303 iss. 1 s. 241–245

Brus G., Szmyd J.S., Numerical modelling of radiative heat transfer in an internal indirect reforming-type SOFC, Journal of Power Sources, Vol.191, pp.8-16,2008.

Nishino T., Szmyd J.S., Numerical Analysis of a Cell-Based Indirect Internal Reforming Tubular SOFC Operating with Biogas, Journal of Fuel Cell Science and Technology, Vol.7, pp. 051004-1 – 051004-8, 2010.

S. Kenjereš, Ł. Pyrda, E. Fornalik-Wajs, J. S. Szmyd “Numerical and experimental study of Rayleigh-Bénard-Kelvin convection” Flow, Turbulence and Combustion ; ISSN 1386-6184. — 2014 vol. 92 iss. 1–2 spec. iss., s. 371–393

A novel approach to improve the mathematical modelling of the internal reforming process for solid oxide fuel cells using the orthogonal least squares method / Anna ŚCIĄŻKO, Yosuke Komatsu, Grzegorz BRUS, Shinji Kimijima, Janusz S. SZMYD // International Journal of Hydrogen Energy ; ISSN 0360-3199. — 2014 vol. 39 iss. 29, s. 16372–16389.

Local evolution of triple phase boundary in solid oxide fuel cell stack after long-term operation / G. BRUS, H. Iwai, Y. Otani, M. Saito, H. Yoshida, J. S. SZMYD // Fuel Cells ; ISSN 1615-6846. — 2015 vol. 15 no. 3, s. 545–548.

Oscillatory states in thermal convection of a paramagnetic fluid in a cubical enclosure subjected to a magnetic field gradient / S. Kenjereš, L. PYRDA, W. WRÓBEL, E. FORNALIK-WAJS, J. S. SZMYD // Physical Review. E ; ISSN 1539-3755. — 2012 vol. 85 iss. 4, s. 046312-1–046312-8.

The effect of overpotentials on the transient response of the 300 W SOFC cell stack voltage / Y. Komatsu, G. BRUS, S. Kimijima, J. S. SZMYD // Applied Energy ; ISSN 0306-2619. — 2014 vol. 115, s. 352–359.

Towards a thermal optimization of a methane/steam reforming reactor / M. MOŹDZIERZ, G. BRUS, A. ŚCIĄŻKO, Y. KOMATSU, S. KIMIJIMA, J. S. SZMYD // Flow, Turbulence and Combustion ; ISSN 1386-6184. — 2016 vol. 97 iss. 1, s. 171–189.

Towards the improvement of thermal efficiency in lignite-fired power generation: concerning the utilization of Polish lignite deposits in state-of-the-art IGCC technology / Yosuke Komatsu, Anna ŚCIĄŻKO, Marcin ZAKRZEWSKI, Taro Akiyama, Akira Hashimoto, Naoki Shikazono, Shozo Kaneko, Shinji Kimijima, Janusz S. SZMYD, Yoshinori Kobayashi // International Journal of Energy Research ; ISSN 0363-907X. — 2016 vol. 40 iss. 13, s. 1757–1772

Entropy generation minimization in steady-state and transient diffusional heat conduction processes. Pt. 1, Steady-state boundary value problem / Z. S. KOLENDA, J. S. SZMYD, J. HUBER // Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences ; ISSN 0239-7528. — 2014 vol. 62 no. 4, s. 875–882

Entropy generation minimization in transient heat conduction processess. Pt. 2, Transient heat conduction in solids / Z. S. KOLENDA, J. S. SZMYD // Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences ; ISSN 0239-7528. — 2014 vol. 62 no. 4, s. 883–887

Experimental and numerical analysis of thermo-magnetic convection in a vertical annular enclosure / W. WRÓBEL, E. FORNALIK-WAJS, J. S. SZMYD // International Journal of Heat and Fluid Flow ; ISSN 0142-727X. — 2010 vol. 31 iss. 6, s. 1019–1031. —

A. Kraszewska, Ł. Pyrda, J. Donizak, Experimental analysis of enclosure aspect ratio influence on thermo-magnetic convection heat transfer, Journal of Physics. Conference Series, 745, 032153 (2016)

A. Kraszewska, Ł. Pyrda, J. Donizak, Intensification of heat transfer with an application of strong magnetic gradients, E3S Web of Conferences, 10, 1st International Conference on the Sustainable Energy and Environment Development (SEED 2016), 00122 (2016)

A. Kraszewska, Ł. Pyrda, J. Donizak, High magnetic field impact on the natural convection behaviour of a magnetic fluid, J. Heat Mass Transfer (2017), DOI:https://doi.org/10.1007/s00231-017-2153-x, ISSN0947-7411

Mozdzierz, M.; Berent, K.; Kimijima, S.; Szmyd, J.S.; Brus, G. A Multiscale Approach to the Numerical Simulation of the Solid Oxide Fuel Cell. Catalysts 2019, 9, 253.

Mozdzierz, M., Brus, G., Sciazko, A. et al. Flow Turbulence Combust (2016) 97: 171

Brus, G., Iwai, H., Mozdzierz, M. et al. J Appl Electrochem (2017) 47: 979.

Mozdzierz, M., Chalusiak, M., Kimijima, S. et al. Heat Mass Transfer (2018) 54: 2331.

Additional information:

None