Nazwa przedmiotu: Wprowadzenie do numerycznej mechaniki płynów Kierunek: Mechanika i Budowa Maszyn Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy na specjalności: Inżynieria cieplna i samochodowa Rodzaj zajęć: wykład, laboratorium I KARTA PRZEDMIOTU CEL PRZEDMIOTU PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE C. Zapoznanie studentów z podstawowymi metodami numerycznymi stosowanymi w. C. Nabycie przez studentów praktycznych umiejętności programowania algorytmów rozwiązywania równań różniczkowych zwyczajnych i cząstkowych opisujących zjawiska przepływowe. WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCH KOMPETENCJI. Wiedza z zakresu mechaniki płynów.. Znajomość podstaw programowania w języku C 3. Umiejętność wykonywania działań matematycznych do rozwiązywania postawionych zadań. 4. Umiejętność korzystania z różnych źródeł informacji w tym z instrukcji i dokumentacji technicznej. 5. Umiejętności pracy samodzielnej i w grupie. 6. Umiejętności prawidłowej interpretacji i prezentacji własnych działań. EFEKTY KSZTAŁCENIA Introduction to Computational Fluid Dynamics Forma studiów: stacjonarne Poziom przedmiotu: I stopnia Liczba godzin/tydzień: W, L EK zna podstawowe metody numeryczne jedno i wielokrokowe dla równań różniczkowych zwyczajnych pierwszego rzędu oraz ich układów, EK zna podstawowe metody numeryczne analizy przepływów potencjalnych czynnika nieściśliwego, EK 3 zna podstawy teoretyczne metody różnic skończonych oraz różnic kompaktowych, EK 4 potrafi zastosować metody numeryczne dla równań różniczkowych zwyczajnych do rozwiązania układów równań ruchu dla prostych przypadków przepływowych, EK 5 potrafi zastosować metody odwzorowań konforemnych oraz metody panelowa do rozwiązania prostych przypadków przepływów potencjalnych, EK 6 potrafi zastosować metodę różnic skończonych dla równań różniczkowych cząstkowych do analizy prostych przypadków przepływowych EK 7 potrafi przygotować z przebiegu realizacji ćwiczeń. Kod przedmiotu: S4_3-0 Rok: IV Semestr: VII Liczba punktów: 4 ECTS
TREŚCI PROGRAMOWE Forma zajęć WYKŁADY W, Wprowadzenie-równania różniczkowe zwyczajne, dyskretyzacja, klasyfikacja metod dla równań różniczkowych zwyczajnych, istnienie i jednoznaczność rozwiązania Liczba godzin W 3 metody jednokrokowe Runge-Kutty. W 4 metody wielokrokowe jawne i niejawne Adamsa-Bashfortha i Adamsa-Moultona. W 5 Stabilność i zbieżność metod dla równań różniczkowych zwyczajnych, układy równań różniczkowych zwyczajnych. W 6 Metody numeryczne dla przepływów potencjalnych, podstawowe własności przepływu potencjalnego czynnika nieściśliwego. W 7 Metoda odwzorowań konforemnych, transformacja Żukowskiego W 8,9 Metody panelowe: źródłowa i wirowa. W 0 Podstawy metody różnic skończonych dla równań różniczkowych zwyczajnych. W Wyprowadzenie formuła dla różnic skończonych dowolnego rzędu aproksymujących pierwszą id rugą pochodną. W Dyskretyzacja metodą różnic skończonych równania konwekcji dyfuzji, dyskusja schematu upwind W 3 Metoda różnic kompaktowych. W4,5 - Metody Laxa-Wendroffa i MacCormacka Forma zajęć LABORATORIUM Liczba godzin L,,3 Metody numeryczne analizy przykładowych równań różniczkowych 3 zwyczajnych. L 4,5,6 Rozwiązanie układu równań ruchu swobodnego spadku kuli w ośrodku lepkim. 3 L 7,8,9 Rozwiązanie układu równań ruchu elastycznie skrzydła umocowanego skrzydła 3 w oscylującym strumieniu powietrza. L 0, Analiza transformacji Żukowskiego cyrkulacyjnego opływu walca do opływu profilu lotniczego. L,3 Rozwiązanie opływu układu cylindrów przy pomocy źródłowej metody panelowej. L 4,5 Rozwiązanie przy pomocy metody różnic skończonych równań opisujących przepływ potencjalny w kanale o skomplikowanej geometrii. NARZĘDZIA DYDAKTYCZNE. wykład z wykorzystaniem prezentacji multimedialnych. ćwiczenia laboratoryjne, opracowanie sprawozdań z realizacji przebiegu ćwiczeń 3. pokaz procesów technologicznych 4. instrukcje do wykonania ćwiczeń laboratoryjnych 5. Oprogramowanie do wizualizacji wyników obliczeń 6. Kompilator języka C/C++
SPOSOBY OCENY ( F FORMUJĄCA, P PODSUMOWUJĄCA) F. ocena przygotowania do ćwiczeń laboratoryjnych F. ocena umiejętności stosowania zdobytej wiedzy podczas wykonywania ćwiczeń. ocena sprawozdań z realizacji ćwiczeń objętych programem nauczania. ocena aktywności podczas zajęć P. ocena umiejętności rozwiązywania postawionych problemów oraz sposobu prezentacji uzyskanych wyników zaliczenie na ocenę* P. ocena opanowania materiału nauczania będącego przedmiotem wykładu - egzamin *) warunkiem uzyskania zaliczenia jest otrzymanie pozytywnych ocen ze wszystkich ćwiczeń laboratoryjnych, OBCIĄŻENIE PRACĄ STUDENTA Forma aktywności Godziny kontaktowe z prowadzącym Zapoznanie się ze wskazaną literaturą Przygotowanie do ćwiczeń laboratoryjnych Wykonanie sprawozdań z realizacji ćwiczeń laboratoryjnych Konsultacje z prowadzącym Średnia liczba godzin na zrealizowanie aktywności 5W 30L 45h 5 h 5 h 0 h Suma 00 h 5 h SUMARYCZNA LICZBA PUNKTÓW ECTS DLA PRZEDMIOTU Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału prowadzącego Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym, w tym zajęć laboratoryjnych i projektowych 4 ECTS,0 ECTS, ECTS LITERATURA PODSTAWOWA I UZUPEŁNIAJĄCA. Bogusławski A., Tyliszczak A.: Introduction to Computational Fluid Dynamics, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, 00. Chow Ch-Y: Introduction to Computational Fluid Mechanics 3. Ferziger J.H, Peric.: Computational Methods for Fluid Dynamics, Springer, 996 4. Hansen T.L.: C++ zadania i odpowiedzi, WNT, 994 5. Prosnak W.J.: Wprowadzenie do numerycznej mechaniki płynów, Ossolineum, 993 6. Stroustrup B.:Język C++, WNT, 995 7. Wendt F.W.: Introduction to Computational Fluid Dynamics, Springer-Verlag, 99. PROWADZĄCY PRZEDMIOT ( IMIĘ, NAZWISKO, ADRES E-MAIL). dr hab. inż. Andrzej Bogusławski abogus@imc.pcz.czest.pl 3
MACIERZ REALIZACJI EFEKTÓW KSZTAŁCENIA Efekt kształcenia EK EK EK3 EK4 EK5 EK6 EK7 Odniesienie danego efektu do efektów zdefiniowanych dla całego programu (PEK) K_U_D K_U_D K_U_D K_U_D0 K_U_D0 Cele przedmiotu Treści programowe Narzędzia dydaktyczne Sposób oceny C W-5 P C W6-9 P C W0-5 P C,C C,C C,C W-5 L-9 W6-9 L0-3 W0-5 L4,L5-6 -6-6 F F P F F P F F P C L-L5-7 4
II. FORMY OCENY - SZCZEGÓŁY Efekty kształcenia Na ocenę Na ocenę 3 Na ocenę 4 Na ocenę 5 EK, EK, EK3 Student opanował podstaw metod Student nie opanował podstawowej wiedzy z zakresu podstaw metod Student częściowo opanował wiedzę z zakresu podstaw metod Student opanował podstaw metod, rozumie problemy wynikając e dyskretyzacji równań mechaniki płynów Student bardzo dobrze opanował materiału objętego programem nauczania, samodzielnie zdobywa i poszerza wiedzę przy użyciu różnych źródeł EK4, EK5, EK6 Student posiada umiejętności stosowania wiedzy w rozwiązywaniu prostych problemów przepływowych EK7 Student potrafi efektywnie prezentować i dyskutować wyniki własnych działań zapisać algorytmu metody w języku programowania Student nie opracował sprawozdania/ zaprezentować wyników swoich badań wykorzystać zdobytej wiedzy, zadania wynikające z realizacji ćwiczeń wykonuje z pomocą prowadzącego ćwiczenia, ale nie potrafi dokonać interpretacji oraz analizy wyników własnych badań Student poprawnie wykorzystuje wiedzę oraz samodzielnie rozwiązuje problemy wynikające w trakcie realizacji ćwiczeń, potrafi zapisać algorytm i prawidłowo interpretuje wyniki obliczeń ćwiczenia, potrafi prezentować wyniki swojej pracy oraz dokonuje ich analizy Student potrafi samodzielnie zapisać algorytm w języku programowania, prawidłowo interpretuje wyniki obliczeń, potrafi samodzielnie wybrać interesujące przypadki obliczeniowe do analizy ćwiczenia, potrafi w sposób zrozumiały prezentować, oraz dyskutować osiągnięte wyniki III. INNE PRZYDATNE INFORMACJE O PRZEDMIOCIE. Wszelkie informacje dla studentów kierunku Mechanika i Budowa Maszyn wraz z: - programem studiów, - prezentacjami do zajęć, - instrukcjami do ćwiczeń laboratoryjnych, - harmonogramem odbywania zajęć dostępne są na tablicy informacyjnej oraz stronie internetowej kierunku Mechanika i Budowa Maszyn : www.wimii.pcz.pl. Informacja na temat konsultacji przekazywana jest studentom podczas pierwszych zajęć z danego przedmiotu. 5