Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Mechanika płynów
Course of study:
2019/2020
Code:
RIMM-1-504-s
Faculty of:
Mechanical Engineering and Robotics
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Mechanical and Materials Engineering
Semester:
5
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Responsible teacher:
dr hab. inż. Pająk Tadeusz (pajak@agh.edu.pl)
Module summary

Podstawy statyki: napór cieczy, prawo Archimedesa, pływanie ciał, siła wyporu. Kinematyka; metody opisu ruchu. Tor elementu płynu,linie prądu. Cyrkulacja wektora prędkości. Dynamika: siły masowe i siły powierzchniowe w płynach doskonałych. Równanie ciągłości. Równanie dynamiki płynu doskonałego. Równanie Bernoulliego. Siły masowe i powierzchniowe w płynie rzeczywistym. Lepkość płynu. Hipoteza Newtona. Założenia i wyprowadzenie równań Navier’a Stokes’a. Warstwa przyścienna.

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 wykształca podcza s zajęc kreatywność oraz odpowiedzialność za wspólnie, zespołowo realizowane zadania IMM1A_K04 Test,
Oral answer,
Engineering project,
Participation in a discussion,
Execution of laboratory classes,
Involvement in teamwork,
Completion of laboratory classes
M_K002 rozumie potrzebę ciągłego dokształcania się w w wybranej dziedzinie zawodowej, nie tylko bezpośrednio związanej z obranym kierunkiem studiów IMM1A_K01 Oral answer,
Participation in a discussion,
Execution of laboratory classes,
Test results,
Involvement in teamwork,
Completion of laboratory classes
Skills: he can
M_U001 potrafi wykorzystać w odniesieniu do opisu konkretnych zjawisk z dziedziny mechaniki płynów zdobyta wiedzę z zakresu matematyki IMM1A_U02 Test,
Oral answer,
Engineering project,
Report,
Participation in a discussion,
Execution of a project,
Execution of laboratory classes,
Test results
M_U002 potrafi wykorzystać w odniesieniu do opisu konkretnych zjawisk z dziedziny mechaniki płynów zdobytą wiedzę z zakresu fizyki IMM1A_U04 Test,
Oral answer,
Presentation,
Engineering project,
Report,
Execution of laboratory classes,
Test results
M_U003 dzięki odbywaniu zajęć laboratoryjnych w małych podgrupach tworzonych podczas zajęć potrafi pracować zespołowo i rozwiązywać w zespole konkretne zadania i problemy naukowo-techniczne IMM1A_U07 Test,
Oral answer,
Engineering project,
Scientific paper,
Report,
Participation in a discussion,
Execution of laboratory classes,
Test results,
Completion of laboratory classes
M_U004 potrafi swykorzystac wiedzę z zakresu termodynamikę do opisu zjawisk związanych z przepływami cieczy i gazów IMM1A_U16 Test,
Oral answer,
Report,
Participation in a discussion,
Execution of laboratory classes,
Test results,
Involvement in teamwork,
Completion of laboratory classes
Knowledge: he knows and understands
M_W001 wiedza ta powinna zostac przeniesiona na potrzeby zrozumienia i opisu zjawisk zachodzących w trakcie przepływu płynu IMM1A_W01 Test,
Oral answer,
Presentation,
Engineering project,
Scientific paper,
Report,
Participation in a discussion,
Execution of a project,
Execution of laboratory classes,
Test results,
Involvement in teamwork
M_W002 wiedza ta powinna byc odpowiednio kojarzona z analizą i opisem zjawisk związanych ze zjawiskami statyki i dynamiki płynów IMM1A_W02 Test,
Oral answer,
Presentation,
Engineering project,
Scientific paper,
Report,
Execution of a project,
Execution of laboratory classes
M_W003 wiedza z termodynamiki powinna uzupełniać nabytą wiedzę z zakresu matematyki i fizyki pod kątem analizy i opisu zjawisk z zakresu mechaniki płynów IMM1A_W06 Test,
Oral answer,
Work done within the framework of a practical placement,
Presentation,
Engineering project,
Report,
Participation in a discussion,
Execution of a project,
Execution of laboratory classes,
Test results
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
54 26 14 14 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 wykształca podcza s zajęc kreatywność oraz odpowiedzialność za wspólnie, zespołowo realizowane zadania + - + - - - - - - - -
M_K002 rozumie potrzebę ciągłego dokształcania się w w wybranej dziedzinie zawodowej, nie tylko bezpośrednio związanej z obranym kierunkiem studiów + - + - - - - - - - -
Skills
M_U001 potrafi wykorzystać w odniesieniu do opisu konkretnych zjawisk z dziedziny mechaniki płynów zdobyta wiedzę z zakresu matematyki + - + - - - - - - - -
M_U002 potrafi wykorzystać w odniesieniu do opisu konkretnych zjawisk z dziedziny mechaniki płynów zdobytą wiedzę z zakresu fizyki + - + - - - - - - - -
M_U003 dzięki odbywaniu zajęć laboratoryjnych w małych podgrupach tworzonych podczas zajęć potrafi pracować zespołowo i rozwiązywać w zespole konkretne zadania i problemy naukowo-techniczne + - + - - - - - - - -
M_U004 potrafi swykorzystac wiedzę z zakresu termodynamikę do opisu zjawisk związanych z przepływami cieczy i gazów + - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 wiedza ta powinna zostac przeniesiona na potrzeby zrozumienia i opisu zjawisk zachodzących w trakcie przepływu płynu + + + - - - - - - - -
M_W002 wiedza ta powinna byc odpowiednio kojarzona z analizą i opisem zjawisk związanych ze zjawiskami statyki i dynamiki płynów + + + - - - - - - - -
M_W003 wiedza z termodynamiki powinna uzupełniać nabytą wiedzę z zakresu matematyki i fizyki pod kątem analizy i opisu zjawisk z zakresu mechaniki płynów + + + - - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 100 h
Module ECTS credits 4 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 54 h
Preparation for classes 30 h
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 2 h
Realization of independently performed tasks 2 h
Examination or Final test 2 h
Contact hours 5 h
Inne 5 h
Module content
Lectures (26h):
  1. Metody opisu ruchu ośrodka ciągłego (2 godz.)

    Metoda opisu ruchu wg Lagrange’a i wg Eulera. Pojęcie przyspieszenia całkowitego. Tor elementu płynu, równanie toru. Linie pola wektorowego. linie prądu. Cyrkulacja wektora prędkości. Twierdzenie Stokes’a o strumieniu wirowości.

  2. Statyka płynów. Prawo hydrostatyki. Prawo aerostatyki (2)

    Napór cieczy na ścianki płaskie, pionowe i pochylone. Napór cieczy na scianki zakrzywione. Prawo Archimedesa. Pływanie ciał częsciowo i całkowicie zanurzonych. Siła wyporu. metacentrum. Równowaga trwała, chwiejna.

  3. Równanie ciągłości. Dynamika płynu doskonałego (2)

    Cechy płynu doskonałego. Siły masowe i siły powierzchniowe w płynach doskonałych. Założenia i uproszczenia równania ciągłości. Równanie dynamiki płynu doskonałego, równanie Eulera.

  4. Równanie Bernoulliego i jego zastosowania (2)

    Równanie Bernoulliego dla przepływu nieściśliwego, dla przepływu ściśliwego, dla przepływu nieustalonego. Interpretacja graficzna równania Bernoulliego dla płynu doskonałego. Wypływ cieczy ze zbiornika. Wzór Torricellego.czas wypływu cieczy przez mały otwór. Współczynnik kontrakcji. Zwęzki pomiarowe – zasada pomiaru.
    Rurki siętrzajace, punkt stagnacji, zasad pomiaru prędkości.

  5. Cechy płynu rzeczywistego (2)

    Siły masowe i siły powierzchniowe w płynie rzeczywistym. Lepkość płynu. Współczynniki lepkości, wpływ temperatury i ciśnienia na wartośc współczynnika. Pomiar lepkości. Interpretacja lepkości w oparciu o kinetyczno – molekularną teorię budowy materii. Hipoteza Newtona.

  6. Równania płynu rzeczywistego (2)

    Założenia i wyprowadzenie równań Navier’a – Stokes’a.
    Teoria smarowania płynem lepkim powierzchni trących. Modele reologiczne ośrodków.Przepływ Hagena – Poiseuille’a.

  7. Warstwa przyścienna (2)

    Warstwa przyścienna w płynie lepkim. Równania warstwy przyściennej Prandtl’a. Ruch powietrza w atmosferze ziemskiej. Warstwa przyścienna. Rozkład Weibull’a.

  8. Zjawisko turbulencji (2)

    Doświadczenie reynoldsa, liczba reynolds’a. Charaterystyka turbulencji. Turbulencja bezwzględna, względna. korelacja sygnałów prędkości. Równanie dynamiki płynów w ruchu turbulentnym – równania Reynolds’a.

  9. Straty przepływu płynu rzeczywistego (2)

    Straty ciśnienia związane z przepływem. Prawo Darcy – Weisbacha.
    Współczynnik strat liniowych, współczynnik strat lokalnych. Równanie Brenoulliego dla płynu rzeczywistego. Zjawisko kawitacji. Wzory empiryczne na współczynniki strat liniowych. Wykresy Stantona i Nikuradse.

  10. Pęd, kręt w mechanice płynów (2)

    Zasada zachowania pędu. Zasada zachowania krętu. Zmiana pędu strugi płynu napływajacego na ściankę nieruchomą i ruchomą.

  11. Opływ profili. Siła oporu, siła nośna (2)

    Opływ obiektu płynem rzeczywistym. Ruch obiektu w płynie rzeczywistym. Cień aerodynamiczny. Charakterystyka geometryczna profili lotniczych. Współczynnik oporu aerodynamicznego profilu. Współczynnik siły nośnej profilu. Współczynnik momentu obrotowego. Linia zerowej siły nośnej. Wzór na siłę oporu aerodynamicznego, wzór na siłę nośną. Tunel aerodynamiczny, metody kształtowania współczynnikow oporu i współczynników siły nośnej.

  12. Wiry w plynach rzeczywistych (2)

    Wiry na granicy ośródkow ciekłych i gazowych. Wykorzystanie wirów w technice. Efekt Ranque, Bjerknes’a. Wiry Karmana. Zagrożenia związane z powstawaniem wirów Karman’a.

  13. Przepływy podżwiękowe, okołodżwiękowe, nadżwiękowe (2)

    Prędkość dzwięku.Liczba Macha. Przepływy podżwiękowe, okołodżwiękowe, nadżwiękowe. Fale uderzeniowe. Charakterystyka aerodynamiczna obiektu przy przepływach podżwękowych i nadżwiękowych.

Laboratory classes (14h):
  1. Określenie średniej prędkości przepływu gazu. Określenie wartości liczby Reynolds'a (2)

    Wstęp teoretyczny do ćwiczenia we własnym zakresie. Wykonanie cwiczenia laboratoryjnego na stanowisku badawczym wraz z opracowaniem podstawowych obliczeń, wykresów i charakterystyk. Złożenie sprawozdania i zaliczenie ćwiczenia.

  2. Badanie wypływu cieczy ze zbiornika (2)

    Wstęp teoretyczny do ćwiczenia we własnym zakresie. Wykonanie ćwiczenia laboratoryjnego na stanowisku badawczym wraz z opracowaniem podstawowych obliczeń, wykresów i charakterystyk. Złożenie sprawozdania i zaliczenie ćwiczenia.

  3. Reakcja hydrodynamiczna strumienia na nieruchomą przeszkodę (2)

    Wstęp teoretyczny do ćwiczenia we własnym zakresie. Wykonanie ćwiczenia laboratoryjnego na stanowisku badawczym wraz z opracowaniem podstawowych obliczeń, wykresów i charakterystyk. Złożenie sprawozdania i zaliczenie ćwiczenia.

  4. Wyznaczenie strat energii w przepływie płynu rzeczywistego (2)

    Wstęp teoretyczny do ćwiczenia we własnym zakresie. Wykonanie ćwiczenia laboratoryjnego na stanowisku badawczym wraz z opracowaniem podstawowych obliczeń, wykresów i charakterystyk. Złożenie sprawozdania i zaliczenie ćwiczenia.

  5. Badanie opływu płata (2)

    Wstęp teoretyczny do ćwiczenia we własnym zakresie. Wykonanie ćwiczenia laboratoryjnego na stanowisku badawczym wraz z opracowaniem podstawowych obliczeń, wykresów i charakterystyk. Złożenie sprawozdania i zaliczenie ćwiczenia.

  6. Opływ walca kołowego (2)

    Wstęp teoretyczny do ćwiczenia we własnym zakresie. Wykonanie ćwiczenia laboratoryjnego na stanowisku badawczym wraz z opracowaniem podstawowych obliczeń, wykresów i charakterystyk. Złożenie sprawozdania i zaliczenie ćwiczenia.

  7. Analityczne badanie rodzaju przepływu. Równanie ciągłości. Ruch potencjalny, ruch wirowy (3)

    Wstęp teoretyczny do ćwiczenia we własnym zakresie. Wykonanie ćwiczenia laboratoryjnego na stanowisku badawczym wraz z opracowaniem podstawowych obliczeń, wykresów i charakterystyk. Złożenie sprawozdania i zaliczenie ćwiczenia.
    Koncowe zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych.

Auditorium classes (14h):
  1. Analiza i rozwiązywania prostych zagadnień z zakresu statyki płynów (2)

    analizowane będą takie przypadki jak napór na ścianę płaską i zakrzywioną, pływanie ciał, wypór, metacentrum. Ich ilustracjami będą obliczenia wybranych przypadków szczególnych.

  2. Równowaga względna płynu (2)

    Zdefiniowanie równań ruchu oraz rozwiązanie przypadków ruchu płynu w równowadze względnej, w ruchu prostoliniowym i obrotowym.

  3. Metody opisu ruchu płynu (2)

    Analiza ruchu płynu wg dwóch podstawowych metod. Określenie i rozwiązanie równań toru elementu i linii prądu

  4. Analityczne badanie wybranego rodzaju ruchu (2)

    Badanie warunku ściśliwości bądź nieściśliwości płynu, wirowości bądź cech potencjalnych w oparciu o odpowiednie kryteria i formuły.

  5. Analiza zastosowań równania Bernoulliego (2)

    Omawianie i dyskusja wybranych aplikacji równania Bernoulli’ego

  6. Analiza zastosowań CFD. Proste przykłady z zakresu dynamiki płynów (4)

    Opis, zakres stosowania, uwarunkowania wykorzystania CFD do opisu i symulacji zjawisk przepływowych.

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

Ćwiczenia laboratoryjne zaliczane są pisemnie a warunkiem uzyskania zaliczenia danego ćwiczenia laboratoryjnego jest przedstawienie sprawozdania z odbytego ćwiczenia oraz wykazania w mini kolokwium znajomości tematyki objętej danym ćwiczeniem. Średnia ocen z ćwiczeń laboratoryjnych musi być pozytywna i stanowi podstawowy warunek dopuszczenia do egzaminu. Poodbnie przedstawia się kwestia zaliczeń ćwiczeń audytoryjnych, przy których sprawozdanie nie jest jednak konieczne. Kolejnym warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest pozytywna ocena z końcowego kolokwium zaliczeniowego, które będzie obligatoryjne szczególnie dla tych studentów, którzy nie uczęszczali na wykłady.

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.
  • 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.
  • 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.
Method of calculating the final grade:

- aktywność na wykładach i ćwiczeniach laboratoryjnych – 0,2
- zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych – 0,4
- końcowe kolokwium zaliczeniowe – 0,4

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

Usprawiedliwione nieobecności na zajęciach, a głównie na ćwiczeniach laboratoryjnych powinny być w pierwszym rzędzie odrobione a w przypadku niemożliwości zaliczone w formie kolokwium uzgodnionego z prowadzącym wykład.

Prerequisites and additional requirements:

Prerequisites and additional requirements not specified

Recommended literature and teaching resources:

1. Gryboś R.:Podstawy mechaniki płynów. T.1 i 2, PWN, 1998
2. Kazimierski Z.: Podstawy mechaniki płynów i metod komputerowej symulacji przepływów. Wyd.Politechniki Łódzkiej,Łódź,2004
3. Z.Orzechowski, J.Prywer, R.Zarzycki „Mechanika płynów w inżynierii i ochronie środowiska” WNT Warszawa 2009
4. J.Wacławik „Mechanika płynów i termodynamika” Wydawnictwa AGH, Kraków 1993

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

Wpływ wybranych parametrów na ruch cząstki wody w strumieniu spalin — Effect of selected parameters on the water particle movement in flue gas stream / Tadeusz PAJĄK, Michał JURCZYK // Przemysł Chemiczny ; ISSN 0033-2496. — 2018 t. 97 nr 9, s. 1508–1510.

Additional information:

None