Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Mechanika płynów
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
RMBM-1-503-s
Wydział:
Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Mechanika i Budowa Maszyn
Semestr:
5
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Prowadzący moduł:
dr hab. inż. Pająk Tadeusz (pajak@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

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.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 wiedza ta powinna zostac przeniesiona na potrzeby zrozumienia i opisu zjawisk zachodzących w trakcie przepływu płynu MBM1A_W01 Kolokwium,
Odpowiedź ustna,
Prezentacja,
Projekt inżynierski,
Referat,
Sprawozdanie,
Udział w dyskusji,
Wykonanie projektu,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Wynik testu zaliczeniowego,
Zaangażowanie w pracę zespołu
M_W002 wiedza ta powinna byc odpowiednio kojarzona z analizą i opisem zjawisk związanych ze zjawiskami statyki i dynamiki płynów MBM1A_W02 Kolokwium,
Odpowiedź ustna,
Prezentacja,
Projekt inżynierski,
Referat,
Sprawozdanie,
Wykonanie projektu,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_W003 wiedza z termodynamiki powinna uzupełniać nabytą wiedzę z zakresu matematyki i fizyki pod kątem analizy i opisu zjawisk z zakresu mechaniki płynów MBM1A_W03 Kolokwium,
Odpowiedź ustna,
Praca wykonana w ramach praktyki ,
Prezentacja,
Projekt inżynierski,
Sprawozdanie,
Udział w dyskusji,
Wykonanie projektu,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Wynik testu zaliczeniowego
Umiejętności: potrafi
M_U001 potrafi wykorzystać w odniesieniu do opisu konkretnych zjawisk z dziedziny mechaniki płynów zdobyta wiedzę z zakresu matematyki MBM1A_U02 Kolokwium,
Odpowiedź ustna,
Projekt inżynierski,
Sprawozdanie,
Udział w dyskusji,
Wykonanie projektu,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Wynik testu zaliczeniowego
M_U002 potrafi wykorzystać w odniesieniu do opisu konkretnych zjawisk z dziedziny mechaniki płynów zdobytą wiedzę z zakresu fizyki MBM1A_U02 Kolokwium,
Odpowiedź ustna,
Prezentacja,
Projekt inżynierski,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Wynik testu zaliczeniowego
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 MBM1A_U07 Kolokwium,
Odpowiedź ustna,
Projekt inżynierski,
Referat,
Sprawozdanie,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Wynik testu zaliczeniowego,
Zaliczenie laboratorium
M_U004 potrafi swykorzystac wiedzę z zakresu termodynamikę do opisu zjawisk związanych z przepływami cieczy i gazów MBM1A_U16 Kolokwium,
Odpowiedź ustna,
Sprawozdanie,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Wynik testu zaliczeniowego,
Zaangażowanie w pracę zespołu,
Zaliczenie laboratorium
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 wykształca podcza s zajęc kreatywność oraz odpowiedzialność za wspólnie, zespołowo realizowane zadania MBM1A_U01 Kolokwium,
Odpowiedź ustna,
Projekt inżynierski,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Zaangażowanie w pracę zespołu,
Zaliczenie laboratorium
M_K002 rozumie potrzebę ciągłego dokształcania się w w wybranej dziedzinie zawodowej, nie tylko bezpośrednio związanej z obranym kierunkiem studiów MBM1A_K01 Odpowiedź ustna,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Wynik testu zaliczeniowego,
Zaangażowanie w pracę zespołu,
Zaliczenie laboratorium
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
54 26 14 14 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
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 + + + - - - - - - - -
Umiejętności
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 + - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
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 + - + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 100 godz
Punkty ECTS za moduł 4 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 54 godz
Przygotowanie do zajęć 30 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 2 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 2 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe 5 godz
Inne 5 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (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 ścianki zakrzywione. Prawo Archimedesa. Pływanie ciał częściowo 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 (3)

    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. Charakterystyka 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 (3)

    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.

  14. Podobieństwo fizyczne przepływów (2)

    Dynamiczne podobieństwo przepływów. Twierdzenie Buckingham’a. Bezwymiarowa postać równań ruchu płynu lepkiego. Liczba reynolds’a, Eulera, Frouda, Struhala.

Ćwiczenia laboratoryjne (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.

Ćwiczenia audytoryjne (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 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.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: 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.
  • Ćwiczenia audytoryjne: głównie poprzez bezpośredni udział studenta w ćwiczeniach audytoryjnych prowadzonych w oparciu o odpowiednio dobrane tematycznie przypadki i zbiory zadań, umożliwiające badanie zjawisk przepływu płynu
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. kolejnym warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest pozytywna ocena z końcowego kolokwium zaliczeniowego, które będzie obligatoryjne szczególnie dla tych studentów, którzy nie uczęszczali na wykłady.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
  • Ćwiczenia audytoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: udział w zajęciach audytoryjnych jest obligatoryjny. W przypadku uzasadnionej nieobecności należy odrobić dane ćwiczenie z inną grupą lub ustalić inne warunki potwierdzenia znajomości tematu danego ćwiczenia z prowadzącym zajęcia
Sposób obliczania oceny końcowej:

- 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.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Nie podano wymagań wstępnych lub dodatkowych.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

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

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

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.

Informacje dodatkowe:

Brak