Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Modelowanie komputerowe w energetyce
Course of study:
2019/2020
Code:
SENR-1-706-s
Faculty of:
Energy and Fuels
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Energy Engineering
Semester:
7
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Responsible teacher:
dr hab. inż. Jaszczur Marek (jaszczur@agh.edu.pl)
Module summary

Uzyskanie podstawowej wiedzy na temat modelowania komputerowego. Informacja jak uczyć się modelowania, przegląd wykorzystywanych powszechnie metod.

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 rolę, znaczenie modelowania komputerowego i konieczność pracy zespołowej przy rozwiązywaniu złożonych lub interdyscyplinarnych zagadnień, potrafi myśleć w sposób twórczy i kreatywny ENR1A_K01, ENR1A_K03 Diploma thesis
Skills: he can
M_U001 Umie opracować model matematyczny zjawiska i potrafi zastosować metodę różnic skończonych oraz metodę objętości skończonych do rozwiązania zagadnień cieplno przepływowych. Potrafi dokonać weryfikacja dokładności i wiarygodności rozwiązania. Umie zaprogramować podstawowe schematy jawne i niejawne oraz metody rozwiązywania układów równań ENR1A_U02, ENR1A_U01 Activity during classes
M_U002 Potrafi wykorzystując profesjonalne programy komputerowe rozwiązać numerycznie równanie transportu ciepła dla złożonych geometrycznie przypadków ENR1A_U08 Activity during classes
Knowledge: he knows and understands
M_W001 zna podstawy komputerowego modelowania procesów cieplnych oraz najważniejsze techniki i metody modelowania. Potrafi dobrać odpowiedni schemat dla rozwiązania rzeczywistych zagadnień. Wie jak pracować z programami komercyjnymi i jest zaznajomiony z szeroką gamą możliwości komercyjnego oprogramowania ENR1A_W01, ENR1A_W04, ENR1A_W02 Participation in a discussion
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
15 15 0 0 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 rolę, znaczenie modelowania komputerowego i konieczność pracy zespołowej przy rozwiązywaniu złożonych lub interdyscyplinarnych zagadnień, potrafi myśleć w sposób twórczy i kreatywny + - - - - - - - - - -
Skills
M_U001 Umie opracować model matematyczny zjawiska i potrafi zastosować metodę różnic skończonych oraz metodę objętości skończonych do rozwiązania zagadnień cieplno przepływowych. Potrafi dokonać weryfikacja dokładności i wiarygodności rozwiązania. Umie zaprogramować podstawowe schematy jawne i niejawne oraz metody rozwiązywania układów równań + - - - - - - - - - -
M_U002 Potrafi wykorzystując profesjonalne programy komputerowe rozwiązać numerycznie równanie transportu ciepła dla złożonych geometrycznie przypadków - - - - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 zna podstawy komputerowego modelowania procesów cieplnych oraz najważniejsze techniki i metody modelowania. Potrafi dobrać odpowiedni schemat dla rozwiązania rzeczywistych zagadnień. Wie jak pracować z programami komercyjnymi i jest zaznajomiony z szeroką gamą możliwości komercyjnego oprogramowania + - - - - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 52 h
Module ECTS credits 2 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 15 h
Preparation for classes 5 h
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 30 h
Contact hours 2 h
Module content
Lectures (15h):
Modelowanie komputerowe w energetyce

Zajęcia 1
Informacje organizacyjne, łagodne wprowadzenie do modelowania, podstawowe informacje z transportu ciepła niezbędne dla realizacji przedmiotu, literatura,

Zajęcia 2
Pomysły na pochodną, jak policzyć pochodną, pochodne pierwszego i drugiego stopnia, klasyfikacja równań różniczkowych, ilorazy różnicowe, siatka regularna i nieregularna, błędy aproksymacji, przykłady obliczeń, obliczenia on-line,

Zajęcia 3
Metody rozwiązywania układów równań algebraicznych liniowych, metody dokładne, metody iteracyjne, metoda Jacobiego, Gaussa-Seidla, TDMA, SOR, SIP, CG, MG, ograniczenia, zbieżność, błędy w modelowaniu komputerowym, przykłady obliczeń,

Zajęcia 4
Zagadnienia stacjonarne, Metoda elementów skończonych MES, metoda objętości kontrolnej FV, metoda różnic skończonych FD, Metoda Monte-Carlo MC, MD, stacjonarne przewodzenie ciepła 1D, 2D oraz 3D, przykłady obliczeń 1D, 2D, obliczenia on-line.

Zajęcia 5
Zagadnienia niestacjonarne, metoda różnic skończonych, metoda jawna, metoda niejawna, metoda Cranka-Nicolson, dokładności, zalety wady ograniczenia, niestacjonarne przewodzenie ciepła 1D, 2D oraz 3D, przykłady obliczeń 1D, 2D, obliczenia on-line, Eksperyment.

Zajęcia 6
Zagadnienia niestacjonarne/stacjonarne konwekcyjno-dyfuzyjne, przepływy, modelowanie członów konwekcyjnych, schematy centralne, up-wind, powel-law, hybrid, quick, high-order, schematy dla 1D, 2D oraz 3D, przykłady obliczeń 1D i 2D, obliczenia on-line, Materiały_podsumowanie_6_pdf.

Zajęcia 7/8
Najlepsze praktyki w modelowaniu, Prezentacja Katedry Podstawowych Problemów Energetyki, prezentacja specjalności MKwE

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.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Zaliczenie na podstawie 5 projektów do samodzielnego wykonania
lub na podstawie zaliczonego testu końcowego

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.
Method of calculating the final grade:

Aktywność na zajęciach, wykonanie 5 prostych projektów obliczeniowych.
Każdy student na początku zajęć otrzymuje – Ocenę początkową 5.0 (bdb)
Za każdy niezaliczony lub nieoddany w terminie projekt ocena pomniejszana jest o 1 pkt.

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

Student który nie oddał projektu z powodu usprawiedliwionej nieobecności może otrzymać dodatkowy projekt
Studenci którzy na koniec semestru nie uzyskali zaliczenia, będą na ostatnich zajęciach pisali test zaliczeniowy końcowy pisemny z całości materiału będący podstawa ich zaliczenia.
W razie nie zadania testu zaliczeniowego pisemnego, przewidziana jest ustna forma zaliczenia której wynik zadecyduje o ocenie końcowej.

Prerequisites and additional requirements:

Znajomość podstaw informatyki i transportu ciepła ew. dodatkowo termodynamiki i mechaniki płynów

Recommended literature and teaching resources:

1. Versteeg H. K., Malalasekera W, An introduction to computational fluid dynamics, 1995
2. S. Patankar, Numerical Heat Transfer and Fluid Flow, McGraw-Hill, 1980
3. Z. Fortuna, Metody numeryczne
4. J. Szargut, Numeryczne modelowanie pól temperatury, WNT, 1992
5. S. Staniszewski, Wymiana ciepła, WNT, 1990

Literatura: ANSYS v15 or v16/17 Manual
ANSYS DesignModeler Manuals i Tutorials v.15-17
Literatura dodatkowa 3 najlepsze książki z Transportu Ciepła
1. Cengel Y, Ghajar A. „Heat & Mass Transfer: A Practical Approach”
2. J P Holman „Heat Transfer”
3. Frank P. Incropera „Fundamentals of Heat and Mass”

Najlepsze książki z metod numerycznych o podejściu praktycznym
1. Chapra, Canale, “Numerical methods for engineering”
2. A. Kaw, E. Eric Kalu, “Numerical Methods with Applications”
3. CHAPRAL, “Applied Numerical Methods MATLAB: for Engineers”
4. M. Ozisik, M. Czisik, N. Ozisik, “Finite Difference Methods in Heat Transfer”

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

1. Analiza numeryczna wpływu własności górotworu na transport ciepła wokół otworowego wymiennik ciepła — Numerical analysis of the rock properties effect on the heat transport around borehole heat exchanger / Tomasz ŚLIWA, Marek JASZCZUR, Andrzej GONET // W: SWCIM – 2010 : materiały XIV Sympozjum Wymiany Ciepła i Masy /

2. Analiza pola temperatury gruntu przy wykorzystaniu różnych modeli pogodowych — [An analysis of the ground temperature based on the different weather models] / Inga POLEPSZYC, Michał DUDEK, Marek JASZCZUR // W: Współczesne problemy ochrony środowiska III

3. An analysis of the numerical model influence on the ground temperature profile determination / Marek JASZCZUR, Inga POLEPSZYC, Aneta SAPIŃSKA-ŚLIWA, Andrzej GONET // W: ICCHMT 2016 : IX International Conference on Computational Heat and Mass Transfer : 23–26 May 2016, Cracow, Poland

4. An numerical analysis of high-temperature helium reactor power plant for co-production of hydrogen and electricity / M. DUDEK, J. Podsadna, M. JASZCZUR // W: EUROTHERM-2016 : 7th European Thermal-Sciences Conference : Krakow, Poland, 19–23 June 2016

5. A numerical analysis of the fully developed non-isothermal particle laden turbulent channel flow / Marek JASZCZUR // W: KKMP 2010 [Dokument elektroniczny] : XIX Krajowa Konferencja Mechaniki Płynów

6. A numerical simulation of the passive heat transfer in a particle-laden turbulent flow / M. JASZCZUR // W: DLES 8 : ERCOFTAC workshop : Direct and Large-Eddy Simulation 8 : Eindhoven, The Netherlands, July 7–9, 2010

7.DNS benchmark solution of the fully developed turbulent channel flow with heat transfer / M. JASZCZUR // Journal of Physics. Conference Series ; ISSN 1742-6588. — 2014 vol. 530, s. 012022-1–012022-8. — Bibliogr. s. 012022-8

8. Experimental and numerical analysis of air flow in a dead-end channel / M. BRANNY, M. JASZCZUR, W. WODZIAK, J. SZMYD // Journal of Physics. Conference Series ; ISSN 1742-6588. — 2016 vol. 745 art. no. 032045, s. 1–8

9. Mathematical model for the power generation from arbitrarily oriented photovoltaic panel / Qusay HASSAN, Marek JASZCZUR, Estera PRZENZAK // W: Energy and fuels 2016 : Kraków, 21–23 September 2016
10. Numerical analysis of a fully developed non-isothermal particle-laden turbulent channel flow / M. JASZCZUR // Archives of Mechanics ; ISSN 0373-2029. — 2011 vol. 63 iss. 1, s. 77–91. — Bibliogr. s. 90–91

11. Numerical analysis of the boundary conditions model impact on the estimation of heat resources in the ground / Marek JASZCZUR, Inga POLEPSZYC, Aneta SAPIŃSKA-ŚLIWA // Polish Journal of Environmental Studies ; ISSN 1230-1485. — 2015 vol. 24 no. 5A, s. 60–66.

12. Numerical modeling of the fluid-particle interactions in non-isothermal turbulent channel flow with dispersed phase — Modelowanie numeryczne oddziaływania płyn-cząstka w turbulentnym nieizotermicznym przepływie z fazą dyspersyjną / Marek JASZCZUR. — Kraków : Wydawnictwa AGH, 2013. — 175, 1 s.. — (Rozprawy Monografie / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie ; ISSN 0867-6631 ; 282)

Additional information:

Osoby które nie zaliczyły przedmiotu na podstawie projektów obliczeniowych po wyjaśnieniu przyczyn mogą przystąpić do testu zaliczeniowego po zaliczeniu którego otrzymują dodatkowy projekt zaliczeniowy.