Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Modelowanie numeryczne przepływów i wymiany ciepła
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
RMBM-2-201-SM-s
Wydział:
Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Inżynieria Zrównoważonych Systemów Energetycznych
Kierunek:
Mechanika i Budowa Maszyn
Semestr:
2
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
dr hab. inż. Kołodziejczyk Krzysztof (krkolodz@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Student uzyskuje specjalistyczną wiedzę, umiejętności oraz kompetencje w zakresie prowadzenia symulacji numerycznych przepływu płynu łącznie z wymianą ciepła. Realizowane przykłady będą obejmowały głównie urządzenia wykorzystywane w ekoenergetyce.

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 Student zna metodykę prowadzenia symulacji numerycznej przepływu z wymianą ciepła Aktywność na zajęciach,
Projekt
M_W002 Student zna sposoby oraz zasady przygotowania bryły do symulacji numerycznej. Aktywność na zajęciach,
Projekt
M_W003 Zna zasady tworzenia siatki numerycznej (podział bryły na elementy) Aktywność na zajęciach,
Projekt
M_W004 Student posiada wiedzę z zakresu modelowania przepływu płynu. Projekt
M_W005 Zna nowoczesne narzędzia do prowadzenia symulacji numerycznych przepływów. Aktywność na zajęciach,
Projekt
Umiejętności: potrafi
M_U001 Student potrafi przygotować bryłę do symulacji przepływu z wymianą ciepła. Aktywność na zajęciach,
Projekt
M_U002 Student potrafi wygenerować siatkę numeryczną. Aktywność na zajęciach,
Projekt
M_U003 Student potrafi poprawnie zdefiniować parametry symulacji oraz przypisać warunki brzegowe dla tworzonej symulacji. Aktywność na zajęciach,
Projekt
M_U004 Potrafi przeprowadzić analizę uzyskanych wyników z symulacji numerycznej Projekt
M_U005 Potrafi w sposób syntetyczny opracować wyniki przeprowadzonej symulacji Projekt
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Student posiada świadomość ciągłego dokształcania się i ciągłego podnoszenia kompetencji w zakresie wykorzystania nowoczesnych narzędzi w procesie projektowania oraz analizie pracy maszyn i urządzeń. Aktywność na zajęciach,
Udział w dyskusji
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
40 14 0 0 26 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 Student zna metodykę prowadzenia symulacji numerycznej przepływu z wymianą ciepła + - - - - - - - - - -
M_W002 Student zna sposoby oraz zasady przygotowania bryły do symulacji numerycznej. + - - - - - - - - - -
M_W003 Zna zasady tworzenia siatki numerycznej (podział bryły na elementy) + - - - - - - - - - -
M_W004 Student posiada wiedzę z zakresu modelowania przepływu płynu. + - - - - - - - - - -
M_W005 Zna nowoczesne narzędzia do prowadzenia symulacji numerycznych przepływów. + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi przygotować bryłę do symulacji przepływu z wymianą ciepła. - - - - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi wygenerować siatkę numeryczną. - - - - - - - - - - -
M_U003 Student potrafi poprawnie zdefiniować parametry symulacji oraz przypisać warunki brzegowe dla tworzonej symulacji. - - - - - - - - - - -
M_U004 Potrafi przeprowadzić analizę uzyskanych wyników z symulacji numerycznej - - - - - - - - - - -
M_U005 Potrafi w sposób syntetyczny opracować wyniki przeprowadzonej symulacji - - - - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student posiada świadomość ciągłego dokształcania się i ciągłego podnoszenia kompetencji w zakresie wykorzystania nowoczesnych narzędzi w procesie projektowania oraz analizie pracy maszyn i urządzeń. + - - - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 80 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 40 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 35 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe 5 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (14h):
  1. 1. Model matematyczny i model fizyczny. Wielkości bilansowe i ogólna zasada bilansowania: akumulacja i generacja. Ustalona i nieustalona wymiana ciepła.
    Podstawowe prawa przepływu ciepła: przewodzenie, konwekcja i promieniowanie.

    2. Wyprowadzenie równania przewodzenia ciepła w ciałach stałych. Gradient temperatury, współczynnik przewodzenia ciepła, dyfuzyjność termiczna, opór przewodzenia ciepła i ich interpretacja fizyczna (jednostki fizyczne). Warunki brzegowe i początkowe rozwiązania równania przewodzenia ciepla.

    3. Metody przybliżonego rozwiązania zagadnień przepływu ciepła: metoda różnic skończonych i metoda elementów skończonych.

    4. Metoda elementów skończonych:
    - ogólny algorytm obliczeń z zastosowaniem MES,
    - dyskretyzacja geometrii obszaru,
    - elementy skończone i funkcje kształtu,
    - przekształcenie różniczkowego równania przewodzenia ciepła do równań MES (metoda Galerkina),
    - adaptacja siatek w modelowaniu metodą elementów skończonych procesów przepływu ciepła,
    - weryfikacja dokładności modelu symulacji komputerowej – analiza błędów modelowania,
    - wzorce do oceny modelu numerycznego – benchmarks,
    - komercyjne programy komputerowe; Autodesk CFD,
    - proste przykłady obliczeniowe MES z elementem liniowym.

    5. Ustalone przewodzenie ciepła w przegrodzie płaskiej. Warunki brzegowe i początkowe rozwiązania równania przewodzenia ciepła. Przenikanie ciepła, opór i współczynnik przenikania ciepła.

    6. Ustalone przewodzenie ciepła w przegrodzie cylindrycznej. Przenikanie ciepła, opór i współczynnik przenikania ciepła. Krytyczna grubość izolacji.

    7. Przewodzenie ciepła w prętach i żebrach. Wymienniki żebrowe. Kryterium stosowalności żeber. Optymalizacja ożebrowania.

    8. Wymiana ciepła przez konwekcję i promieniowanie.

  2. Podstawowe zagadnienia związane z symulacjami numerycznymi. Narzędzia-aplikacje wykorzystywane w prowadzeniu symulacji numerycznych przepływów oraz wymiany ciepła. Metodyka prowadzenia symulacji numerycznej. Sposoby oraz zasady przygotowania modelu CAD do modelowania przepływu płynu oraz wymiany ciepła. Sposoby i zasady podziału bryły siatką elementów. Rodzaje siatek. Weryfikacja jakości siatki. . Optymalizacja siatki numerycznej. Modelowanie przepływów stałych i zmiennych łącznie ze zmiennymi w czasie warunkami brzegowymi.

Ćwiczenia projektowe (26h):

1. Modelowanie rozkładu temperatury w płycie płaskiej z wykorzystaniem metody różnic skończonych dla różnych rodzajów warunków brzegowych.
2. Modelowanie rozkładu temperatury w sześcianie jednostkowym z wykorzystaniem programu Autodesk CFD. Wpływ gęstości siatki na dokładność obliczeń. Porównanie z rozwiązaniem referencyjnym.
3. Modelowanie rozkładu temperatury w kwadratowym przekroju poprzecznym długiego pręta metodą elementów skończonych z wykorzystaniem programu Autodesk CFD. Weryfikacja modelem analitycznym.
4. Wyznaczanie dwuwymiarowego rozkładu temperatury w prostym żebrze o stałej grubości za pomocą MES z wykorzystaniem programu Autodesk CFD.
5. Indywidualne wykonanie projektu – modelowanie numeryczne pól temperatury dla wybranego przypadku wymiany ciepła w programie Autodesk CFD, AutoFEM Thermal Analysis lub innym.
6. zaliczenie projektu

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 projektowe: 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:

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – 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 projektowe:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują prace praktyczne mające na celu uzyskanie kompetencji zakładanych przez syllabus. Ocenie podlega sposób wykonania projektu oraz efekt końcowy.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Ocena z projektu zaliczeniowego.

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

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Student musi przynajmniej w stopniu podstawowym znać co najmniej jedną aplikację CAD pozwalającą na tworzenie i edycję bryły. Student musi posiadać podstawowe umiejętności modelowania bryłowego.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

Kazimierski Z.: „Podstawy mechaniki płynów i metod komputerowej symulacji przepływów”, Łódź 2004.
Patankar’a w “Numerical Heat Transfer and Fluid Flow” Hemisphere Publishing, New York, 1980.
Materiały z wykładów.
www.ansys.com

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

KOŁODZIEJCZYK K.: Analiza numeryczna przepływu w osadniku prostokątnym z wypełnieniem wielostrumieniowym. Ochrona i inżynieria środowiska : zrównoważony rozwój. Problemy Inżynierii Mechanicznej i Robotyki WIMiR AGH, 2014. nr 63.

KOŁODZIEJCZYK K., WOJCIECHOWSKI J.: Analysis of the air flow in modernized ventilation system in fan station of underground mine. XXI FMC : XXI Fluid Mechanics Conference : Krakow, 15–18 June 2014.

KOŁODZIEJCZYK K., KOWALSKI W.P. :Conducting numerical simulation of the process of sedimentation under static conditions. Polish Journal of Environmental Studies ; 2016 vol. 25 no. 5A, s. 42–47.

KOŁODZIEJCZYK K., BANAŚ M., WARZECHA P.: Flow modeling in a laboratory settling tank with optional counter-current or cross-current lamella. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering ; ISSN 1734-8412. — 2012 vol. 53 iss. 1, s. 28–36.

KOŁODZIEJCZYK K.: Projektowanie osadnika wielostrumieniowego z zastosowaniem numerycznej symulacji przepływu — Designing multiflux settling tank by using a numerical simulation of flow. Przemysł Chemiczny ; ISSN 0033-2496. — 2017 t. 96 nr 8, s. 1687–1690.

Informacje dodatkowe:

Brak