Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Modelowanie numeryczne kotłów
Course of study:
2019/2020
Code:
RMBM-2-334-SM-s
Faculty of:
Mechanical Engineering and Robotics
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Inżynieria Zrównoważonych Systemów Energetycznych
Field of study:
Mechanical Engineering
Semester:
3
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Responsible teacher:
Madejski Paweł (madejski@agh.edu.pl)
Module summary

W trakcie zajęć student pozna podstawy metod numerycznego modelowania, modelowania CFD oraz uzyska specjalistyczną wiedzę o modelowaniu procesów przepływowo-cieplnych oraz spalania w kotłach. Nauczy się tworzyć model geometryczny, siatkę numeryczną oraz przeprowadzać symulacje. Pozna metody analizy wyników modelowania.

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 Student posiada świadomość ciągłego dokształcania się i ciągłego podnoszenia kompetencji MBM2A_K02, MBM2A_K01, MBM2A_K07, MBM2A_K08 Test,
Activity during classes
M_K002 Student posiada umiejętności wykorzystania narzędzi komputerowych stosowanych w branży i na rynku pracy MBM2A_K02, MBM2A_K01, MBM2A_K07, MBM2A_K08 Execution of exercises,
Test,
Activity during classes
Skills: he can
M_U001 Student posiada umiejętności przeprowadzania symulacji komputerowej z wykorzystaniem oprogramowania do modelowania CFD MBM2A_U19, MBM2A_U01, MBM2A_U05, MBM2A_U09, MBM2A_U03, MBM2A_U10 Execution of exercises,
Execution of a project,
Report,
Test
M_U002 Student potrafi analizować i intepretować wyniki modelowania procesów przepływowo-cieplnych oraz procesów spalania MBM2A_U01, MBM2A_U05, MBM2A_U16, MBM2A_U09, MBM2A_U03, MBM2A_U10 Execution of exercises,
Execution of a project,
Report,
Test
Knowledge: he knows and understands
M_W001 Student ma podstawową wiedzę z zakresu modelowania procesów przepływowo-cieplnych oraz procesów spalania MBM2A_W05, MBM2A_W04, MBM2A_W02, MBM2A_W03 Execution of exercises,
Report,
Test
M_W002 Student posiada wiedzę z zakresu zastosowania modelowania numerycznego do rozwiązywania problemów w pracy kotłów energetycznych MBM2A_W05, MBM2A_W04, MBM2A_W02, MBM2A_W07, MBM2A_W03 Execution of exercises,
Report,
Test
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
28 14 0 0 14 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 Student posiada świadomość ciągłego dokształcania się i ciągłego podnoszenia kompetencji - - - + - - - - - - -
M_K002 Student posiada umiejętności wykorzystania narzędzi komputerowych stosowanych w branży i na rynku pracy - - - + - - - - - - -
Skills
M_U001 Student posiada umiejętności przeprowadzania symulacji komputerowej z wykorzystaniem oprogramowania do modelowania CFD - - - + - - - - - - -
M_U002 Student potrafi analizować i intepretować wyniki modelowania procesów przepływowo-cieplnych oraz procesów spalania + - - + - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Student ma podstawową wiedzę z zakresu modelowania procesów przepływowo-cieplnych oraz procesów spalania + - - + - - - - - - -
M_W002 Student posiada wiedzę z zakresu zastosowania modelowania numerycznego do rozwiązywania problemów w pracy kotłów energetycznych + - - + - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 60 h
Module ECTS credits 2 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 28 h
Preparation for classes 6 h
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 18 h
Realization of independently performed tasks 4 h
Examination or Final test 2 h
Contact hours 2 h
Module content
Lectures (14h):

1. Zasady modelowania wymiany masy, pędu i energii
2. Metody numeryczne w mechanice płynów (MRS, MOS, BMES)
3. Podstawy modelowana wymiany ciepła w ciałach stałych
4. Podstawy modelowania turbulentnych przepływów płynu
5. Podstawy modelowania turbulentnych przepływów reakcyjnych
6. Zasady modelowania numerycznego 0D i 1D
7. Zasady modelowania numerycznego 2D i 3D

Project classes (14h):

1. Modelowanie CFD zjawisk przepływowo-cieplnych w kotle
2. Modelowanie CFD procesu wymiany ciepła w wymiennikach
3. Modelowanie CFD procesu spalania paliw w kotle

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.
  • Project classes: Studenci wykonują zadany projekt samodzielnie, bez większej ingerencji prowadzącego. Ma to wykształcić poczucie odpowiedzialności za pracę w grupie oraz odpowiedzialności za podejmowane decyzje.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Zaliczenie wykładów i części teoretycznej (T) w formie kolokwium końcowego. Zaliczenie ćwiczeń projektowych (P) poprzez uzyskanie pozytywnych ocen ze sprawozdań podsumowujących zrealizowane na zajęciach projekty.
Zaliczenia poprawkowe organizowane są dla osób, które nie uzyskały pozytywnej oceny z części teoretycznej (T) i projektowej (P). Zaliczenie poprawkowe dla ćwiczeń projektowych polega na zrealizowaniu projektów, wykonaniu i dostarczeniu sprawozdania podsumowującego realizowane zadania projektowe.
Ocena z części teoretycznej (T) i projektowej (P) jest średnią poszczególnych ocen ze wszystkich terminów.
Procent uzyskanych punktów z części teoretycznej przeliczany jest na ocenę zgodnie z Regulaminem Studiów AGH.
Brak 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.
  • Project classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci wykonują prace praktyczne mające na celu uzyskanie kompetencji zakładanych przez syllabus. Ocenie podlega sposób wykonania projektu oraz efekt końcowy.
Method of calculating the final grade:

Ocena końcowa obliczana jest jako średnia ważona z ocen uzyskanych z części teoretycznej (T) i ćwiczeń projektowych (P):
OK = 0,3·T + 0,7·P

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

Samodzielna praca studenta, poprzez realizacje zdefiniowanego zadania projektowego. Wsparcie ze strony prowadzącego zajęcia poprzez określenie zakresu, weryfikacji postępu prac i otrzymanych wyników dla powstałych zaległości.

Prerequisites and additional requirements:

Podstawowa wiedza z zakresu, mechaniki płynów, maszyn i urządzeń energetycznych, spalania i wymiany ciepła, modelowania numerycznego przepływów i wymiany ciepła.

Recommended literature and teaching resources:

1) Taler J. (Red.), Procesy cieplne i przepływowe w dużych kotłach energetycznych, modelowanie i monitoring. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2011
2) Taler D. Dynamika rurowych wymienników ciepła. Uczelnianie Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2009
3) Pronobis M., Modernizacja kotłów energetycznych. WNT, Warszawa 2002
4) Orłowski P., Kotły parowe, konstrukcja i obliczenia. WNT, Warszawa 1966
5) Kosman G., Rusin A., Taler J., Pawlik M. (Red.), Zagadnienia projektowania i eksploatacji kotłów i turbin do nadkrytycznych bloków węglowych. Monografia, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2010
6) Kordylewski W., Spalanie i paliwa. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2008
7) Kowalkiewicz A., Podstawy procesów spalania. WNT Warszawa 2000
8) Tomeczek J., Spalanie węgla. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1992
9) Wacławiak K., Obliczenia numeryczne procesy tworzenia osadów na rurach przegrzewaczy kotłowych. Monografia, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2012
10) Taler J., Duda P., Rozwiązywanie prostych i odwrotnych zagadnień przewodzenia ciepła, WNT, Warszawa 2003
11) Kazimierski Z., Podstawy mechaniki płynów i metod komputerowej symulacji przepływów. Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź 2004
12) Kitto J.B., Stultz S.C., Steam its generation and use. The Babcock & Wilcox Company, Ohio USA 2005
13) Taler D., Numerical Modelling and Experimental Testing of Heat Exchangers, Springer 2019
14) Minkowicz W.J., Sparrow E.M., Abraham J.P., Gorman J.M., Numerical simulation of heat exchangers, CRC Press, USA 2017
15) De S., Agarwa A.K., Chaudhuri S., Sen S. (Red.), Modeling and simulation of turbulent combustion, Springer, Singapore 2018
16) Anderson J., Computational fluid dynamics, the basic with the application. McGraw Hill Inc., New York 1995
17) Chung T.J., Computational fluid dynamics. Cambridge University Press, UK 2002
18) Versteeg H.K., Malalasekera W., An introduction to computational fluid dynamics, the finite volume method. Longman Scientific & Technical, UK 1995

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

1) Madejski P., Modliński N., Numerical investigation using two different CFD codes of pulverized-coal combustion process characteristic in an industrial power plant boiler, 2019, E3S Web of Conferences 82, 1-10
2) Madejski P., Krakowska P., Habrat M., Puskarczyk E, Jędrychowski M., Comprehensive approach for porous materials analysis using a dedicated preprocessing tool for mass and heat transfer modeling, 2018, Journal of Thermal Science 27(5), pp. 479–486
3) Madejski P., Numerical study of a large-scale pulverized coal-fired boiler operation using CFD modeling based on the probability density function method, 2018, Applied Thermal Engineering 145, pp. 352–363
4) Madejski P., Coal combustion modeling in a frontal pulverized coal-fired boiler, 2018, E3S Web of Conferences 46, pp. 1-8
5) Madejski P., Taler D., Taler J., Numerical model of a steam superheater with a complex shape of the tube cross section using Control Volume based Finite Element Method, 2016, Energy Conversion and Management 118, pp. 179-192
6) Modliński N., Szczepanek K., Nabagło D., Madejski P., Modliński Z., Mathematical procedure for predicting tube metal temperature in the second stage reheater of the operating flexibly steam boiler, 2019, Applied Thermal Engineering 146, pp. 854-865
7) Modliński N., Madejski P., Janda T., Szczepanek K., Kordylewski W., A validation of computational fluid dynamics temperature distribution prediction in a pulverized coal boiler with acoustic temperature measurement, 2015, Energy 92, pp. 77-86
8) Żymełka P., Nabagło D., Janda T., Madejski P., Online monitoring system of air distribution in pulverized coal-fired boiler based on numerical modeling, 2017, Archives of Thermodynamics, 38(4), pp. 109-125
9) Taler D., Madejski P., Taler J., Modelowanie ustalonych procesów przepływowo-cieplnych w kotle fluidalnym, 2015, Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika, zeszyt 87 (2) s. 169 – 179
10) Madejski P., Taler D., Korzeń A., Modelling of platen superheaters in a circulating fluidized bed boiler at different loads, 2012, Archiwum Energetyki 42(2), s. 85–92
11) Madejski P., Taler D., Thermomechanical CSM analysis of a superheater tube in transient state, 2011, Archives of Thermodynamics vol. 32(3), s. 117–126
12) Gdowska K.Z., Jakubiak M., Kamińska J., Kmita A., Kolczyk J., Korzeń A., Książek R., Madej D., Madejski P., Pięta A., Polończyk A., Prorok R., Schmidt N., Szczerba J., Śliwka M., Śnieżek E., Taler D., Żymankowska-Kumon S., 2013, Selected aspects of modern engineering [Dokument elektroniczny], Kraków: AGH University of Science and Technology Press 2013
13) Madejski P., Janda T., Modliński N., Nabagło D., A Combustion Process Optimization and Numerical Analysis for the Low Emission Operation of Pulverized Coal-Fired Boiler, 2016, Developments in Combustion Technology (ed. Konstantinos G. Kyprianidis and Jan Skvaril), IntechOpen, London 2016
14) Madejski P., Nabagło D., Kubiczek H., Szczepanek K., Lewtak R., Assessment of the impact of biomass burners location in OP-650 boiler on the UBC content in bottom ash, 2013, Modern Energy Technologies, Systems and Units, Praca zbiorowa (red. J. Taler), Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków 2013

Additional information:

brak