Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Numerical Simulation of Thermo-kinetic process
Course of study:
2019/2020
Code:
ZSDA-3-0229-s
Faculty of:
Szkoła Doktorska AGH
Study level:
Third-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Szkoła Doktorska AGH
Semester:
0
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr inż. Szucki Michał (mszucki@agh.edu.pl)
Dyscypliny:
automatyka, elektronika i elektrotechnika, informatyka techniczna i telekomunikacja, inżynieria biomedyczna, inżynieria chemiczna, inżynieria lądowa i transport, inżynieria materiałowa, inżynieria mechaniczna, inżynieria środowiska, górnictwo i energetyka
Module summary

Moduł koncentruje się na zagadnieniu numerycznego modelowania wymiany pędu (przepływ płynów), masy i ciepła. Uczestnicy kursu zapoznają się z fizyko-matematycznymi podstawami tych procesów. Poznają techniki numerycznego rozwiązywania równań różniczkowych cząstkowych. Wykorzystują oprogramowanie symulacyjne do rozwiązywania problemów inżynierskich i naukowych. Uzyskiwane wyniki poddają krytycznej analizie, a następnie prezentują na forum grupy.

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 Potrafi zwięźle zaprezentować wyniki swoich badań. Bierze udział w dyskusji i potrafi bronić swojego stanowiska. SDA3A_U03, SDA3A_U02, SDA3A_U04 Presentation
Skills: he can
M_U001 Potrafi przetwarzać i krytycznie analizować wyniki symulacji numerycznych. Wie jakie czynniki wpływają na ich jakość. SDA3A_U01 Presentation
M_U002 Potrafi zwięźle zaprezentować wyniki swoich badań. Bierze udział w dyskusji i potrafi bronić swojego stanowiska. SDA3A_U03, SDA3A_U02, SDA3A_U04 Presentation
Knowledge: he knows and understands
M_W001 Zna podstawowe równania opisujące procesy wymiany ciepła, masy i pędu. Rozumie sens fizyczny występujących w nich współczynników. SDA3A_W01 Participation in a discussion
M_W002 Rozumie pojęcie rozwiązania analitycznego i numerycznego. Potrafi scharakteryzować metodę różnic skończonych (MRS) i metodę elementów skończonych (MES). Rozumie pojęcie dyskretyzacji. Wie jaki wpływ na stabilność numeryczną ma krok czasowy/przestrzenny. SDA3A_W03, SDA3A_W01 Participation in a discussion
M_W003 Zna i rozumie pojęcie warunków jednoznaczności (ze szczególnym uwzględnieniem warunków brzegowych). SDA3A_W01 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
45 15 0 30 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 Potrafi zwięźle zaprezentować wyniki swoich badań. Bierze udział w dyskusji i potrafi bronić swojego stanowiska. - - - - - - - - - - -
Skills
M_U001 Potrafi przetwarzać i krytycznie analizować wyniki symulacji numerycznych. Wie jakie czynniki wpływają na ich jakość. - - + - - - - - - - -
M_U002 Potrafi zwięźle zaprezentować wyniki swoich badań. Bierze udział w dyskusji i potrafi bronić swojego stanowiska. - - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Zna podstawowe równania opisujące procesy wymiany ciepła, masy i pędu. Rozumie sens fizyczny występujących w nich współczynników. + - + - - - - - - - -
M_W002 Rozumie pojęcie rozwiązania analitycznego i numerycznego. Potrafi scharakteryzować metodę różnic skończonych (MRS) i metodę elementów skończonych (MES). Rozumie pojęcie dyskretyzacji. Wie jaki wpływ na stabilność numeryczną ma krok czasowy/przestrzenny. + - + - - - - - - - -
M_W003 Zna i rozumie pojęcie warunków jednoznaczności (ze szczególnym uwzględnieniem warunków brzegowych). + - + - - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 80 h
Module ECTS credits 3 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 45 h
Preparation for classes 10 h
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 15 h
Realization of independently performed tasks 10 h
Module content
Lectures (15h):

Wykłady obejmują:
1. Matematyczny opis procesów termo-kinetycznych;
2. Warunki jednoznaczności; Rozwiązania analityczne;
3. Wprowadzenie do metod numerycznych; Dyskretyzacja;
4. Pojęcie stabilności numerycznej i zbieżności obliczeń; Modelowanie źródłowych pól temperatury;
5. Metoda różnic skończonych i metoda elementów skończonych;
6. Wprowadzenie do oprogramowania symulacyjnego;
7. Analiza wyników symulacji numerycznych.

Laboratory classes (30h):

Ćwiczenia laboratoryjne obejmują:
1. Zapoznanie się z interfejsem użytkownika programu COMSOL Multiphysics;
2. Wspólne przygotowanie symulacji obejmujących zagadnienia takie jak: wymiana ciepła, źródłowe pola temperatury, wymiana pędu (przepływ płynu);
3. Post-processing wyników obliczeń;
4. Analizę wpływu warunków jednoznaczności, w tym w szczególności warunków brzegowych, na przebieg symulacji;
5. Metody walidacji obliczeń numerycznych;
6. Wprowadzenie do inżynierskich systemów symulacyjnych na przykładzie oprogramowania Flow-3D;
7. Wykonanie zleconych przez prowadzącego symulacji numerycznych;
8. Prezentacja wyników symulacji, w formie krótkiego referatu połączonego z dyskusją.

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: Studenci samodzielnie lub w grupie wykonują zlecone zadania zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Wykazują się aktywnością np. poprzez udział w dyskusji. Przedstawiają wyniki swoich badań (symulacji) w formie prezentacji wygłoszonej na forum grupy.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Podstawowym warunkiem zaliczenia modułu jest obecność na zajęciach laboratoryjnych i wykładach. W przypadku nieobecności student jest zobowiązany do jej usprawiedliwienia.

W celu zaliczenia zajęć laboratoryjnych student musi wykonać symulację, której wyniki (wraz z krytyczną analizą) prezentuje w obecności prowadzącego i pozostałych uczestników kursu. Ocenie podlega zarówno sama prezentacja jak i sposób jej wygłoszenia (sposób prezentowania, udział w dyskusji, umiejętność obrony swoich poglądów itp.).

Ocena z zajęć laboratoryjnych obliczana jest jako średnia arytmetyczna z ocen uzyskanych za:
- przekazaną prowadzącemu w formie elektronicznej prezentację,
- sposób prezentacji wyników i udział w dyskusji.

Participation rules in classes:
  • Lectures:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – 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: 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.
Method of calculating the final grade:

Ocena końcowa jest wystawiana na podstawie oceny z zajęć laboratoryjnych.

Prowadzący moduł zastrzega sobie prawo podniesienia oceny końcowej (maksymalnie o jeden stopień) za aktywność na zajęciach i wykładach.

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

Student jest zobowiązany do samodzielnego nadrobienia wszelkich zaległości powstałych na skutek (usprawiedliwionej) nieobecności. Prowadzący zajęcia dostarczy studentowi materiały elektroniczne (pliki projektów) wykorzystywane na zajęciach realizowanych podczas nieobecności studenta.

Prerequisites and additional requirements:

Wymagania wstępne i dodatkowe obejmują:
- zapoznanie się (potwierdzone własnoręcznym podpisem) z przepisami BHP obowiązującymi w sali komputerowej.

Recommended literature and teaching resources:

1. Literatura naukowa z zakresu obliczeniowej mechaniki płynów i termodynamiki;
2. Literatura naukowa z zakresu metod numerycznych;
3. B. Mochnacki, J. S. Suchy: Modelowanie i symulacja krzepnięcia odlewów. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1993;
4. W. Kapturkiewicz : Modelowanie krystalizacji odlewów żeliwnych. Wyd. AKAPIT, Kraków. 2003;
5. S. Wiśniewski, T. Wiśniewski: Wymiana ciepła. WNT, W-wa 1994;
6. Z. Ignaszak: Virtual Prototyping w Odlewnictwie. Bazy Danych i Walidacja. Poznań: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, 2002.

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

Pełne zestawiane publikacji naukowych osób prowadzących zajęcia można znaleźć na stronie: https://bpp.agh.edu.pl

1. Application of the lattice Boltzmann method for simulation of the mold filling process in the casting industry / Michał SZUCKI, J. S. SUCHY, J. LELITO, P. MALINOWSKI, J. Sobczyk // Heat and Mass Transfer ; ISSN 0947-7411. — 2017 vol. 53 iss. 12, 3421–3431.
2. A voxelization based mesh generation algorithm for numerical models used in foundry engineering — Algorytm generowania siatki obliczeniowej dla modeli numerycznych stosowanych w odlewnictwie oparty na procesie wokselizacji / Michał SZUCKI, Józef S. SUCHY // Metallurgy and Foundry Engineering; ISSN 1230-2325. — 2012 vol. 38 no. 1, s. 43–54.
3. Computer modelling in visualisation and reconstruction of archeological relicts — Wykorzystanie metod modelowania komputerowego dla wizualizacji rekonstrukcji zabytków archeologicznych / A. GARBACZ-KLEMPKA, M. SZUCKI // Archives of Metallurgy and Materials / Polish Academy of Sciences. Committee of Metallurgy. Institute of Metallurgy and Materials Science ; ISSN 1733-3490. — 2009 vol. 54 iss. 2, s. 339–345
4. Crystallization model of magnesium primary phase in the AZ91/Sic composite / J. LELITO, P. L. ŻAK, A. L. Greer, J. S. SUCHY, W. K. KRAJEWSKI, B. GRACZ, M. SZUCKI, A. A. Shirzadi // Composites. Part B, Engineering; ISSN 1359-8368. — 2012 vol. 43 iss. 8, s. 3306–3309
5. Extended free surface flow model based on the lattice Boltzmann approach / Michał SZUCKI, Józef S. SUCHY, Paweł ŻAK, Janusz LELITO, Beata GRACZ // Metallurgy and Foundry Engineering; ISSN 1230-2325. — 2010 vol. 36 no. 2, s. 113–121.
6. Modeling of MnS precipitation during the crystallization of grain oriented silicon steel / D. KALISZ, P. L. ŻAK, J. LELITO, M. SZUCKI, J. S. SUCHY, B. GRACZ // Metalurgija; ISSN 0543-5846. — 2015 vol. 54 no. 1, s. 139–142.
7. Modelling of the crystallization front – particles interactions in ZnAl/(SiC)_{p} composites / M. SZUCKI, D. KALISZ, J. LELITO, P. L. ŻAK, J. S. SUCHY, K. W. KRAJEWSKI // Metalurgija; ISSN 0543-5846. — 2015 vol. 54 no. 2, s. 375–378.
8. Numerical analysis of solid particles flow in liquid metal / M. SZUCKI, T. GORAJ, J. LELITO, J. S. SUCHY // Archives of Foundry Engineering; ISSN 1897-3310. — 2013 vol. 13 spec. iss. 3, s. 161–166.

Additional information:

None