Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Modelowanie numeryczne kotłów
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
RMBM-2-334-SM-s
Wydział:
Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Inżynieria Zrównoważonych Systemów Energetycznych
Kierunek:
Mechanika i Budowa Maszyn
Semestr:
3
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Prowadzący moduł:
Madejski Paweł (madejski@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

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.

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 ma podstawową wiedzę z zakresu modelowania procesów przepływowo-cieplnych oraz procesów spalania MBM2A_W05, MBM2A_W04, MBM2A_W02, MBM2A_W03 Wykonanie ćwiczeń,
Sprawozdanie,
Kolokwium
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 Wykonanie ćwiczeń,
Sprawozdanie,
Kolokwium
Umiejętności: potrafi
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 Wykonanie ćwiczeń,
Wykonanie projektu,
Sprawozdanie,
Kolokwium
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 Wykonanie ćwiczeń,
Wykonanie projektu,
Sprawozdanie,
Kolokwium
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Student posiada świadomość ciągłego dokształcania się i ciągłego podnoszenia kompetencji MBM2A_K02, MBM2A_K01, MBM2A_K07, MBM2A_K08 Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
M_K002 Student posiada umiejętności wykorzystania narzędzi komputerowych stosowanych w branży i na rynku pracy MBM2A_K02, MBM2A_K01, MBM2A_K07, MBM2A_K08 Wykonanie ćwiczeń,
Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
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
28 14 0 0 14 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 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 + - - + - - - - - - -
Umiejętności
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 + - - + - - - - - - -
Kompetencje społeczne
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 - - - + - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 60 godz
Punkty ECTS za moduł 2 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 28 godz
Przygotowanie do zajęć 6 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 18 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 4 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe 2 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (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

Ćwiczenia projektowe (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

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Prezentacja multimedialna.
  • Ćwiczenia projektowe: Zajęcia z wykorzystaniem profesjonalnego oprogramowania do modelowania CFD, tworzenia modeli geometrycznych, siatek numerycznych oraz wizualizacji wyników.
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.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: Zalecana obecność.
  • Ćwiczenia projektowe:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Obecność obowiązkowa.
Sposób obliczania oceny końcowej:

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.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

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

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

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

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

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

Informacje dodatkowe:

brak