Nazwa przedmiotu: MODELOWANIE PROCESÓW ENERGETYCZNYCH Kierunek: ENERGETYKA Rodzaj przedmiotu: specjalności obieralny Rodzaj zajęć: wykład, laboratorium I KARTA PRZEDMIOTU CEL PRZEDMIOTU PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE C1. Zapoznanie studentów z podstawami metod numerycznych stosowanych w wymianie ciepła i mechanice płynów oraz z podstawami obiegów termodynamicznych C. Nabycie przez studentów praktycznych umiejętności w opracowaniu programów komputerowych implementujących metody numeryczne w przypadku prostych zagadnień przewodzenia ciepła oraz wykorzystania programów użytkowych do analizy numerycznej procesów cieplno-przepływowych. WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCH KOMPETENCJI 1. Wiedza z zakresu analizy matematycznej.. Podstawowe umiejętności w zakresie programowania-standard C lub FORTRAN 90. 3. Umiejętność wykonywania działań matematycznych do rozwiązywania postawionych zadań. 4. Umiejętność korzystania z różnych źródeł informacji w tym z instrukcji do ćwiczeń, opisów języków programowania, opisów kompilatorów języków programowania oraz dokumentacji programów użytkowych. 5. Umiejętności pracy samodzielnej i w grupie. 6. Umiejętności prawidłowej interpretacji i prezentacji własnych działań. EFEKTY KSZTAŁCENIA Modeling of energy conversion processes Forma studiów: Stacjonarne Poziom przedmiotu: I stopnia Liczba godzin/tydzień: W E, L EK 1 podstawowa wiedza w zakresie równań różniczkowych w wymianie ciepła i mechanice płynów, EK zna podstawowe metody dyskretyzacji równań różniczkowych, EK 3 potrafi przeprowadzić dyskretyzację równań różniczkowych przewodzenia ciepła metodą całkowania w objętości kontrolnej, zna własności schematu jawnego i niejawnego, EK 4 zna podstawowe metody algebry liniowej, Kod przedmiotu: E_mso_3B Rok: III Semestr: VI Liczba punktów: 6 ECTS EK 5 potrafi przeprowadzić dyskretyzację równania różniczkowego konwekcji-dyfuzji, rozumie rolę stosowania schematów upwind, zna schematy upwind wyższego rzędu EK 6 potrafi sformułować warunki brzegowe w zagadnieniach wymiany ciepła i mechaniki płynów, EK 7 potrafi przeprowadzić dyskretyzację równań Naviera-Stokesa metodą całkowania w objętości kontrolnej na siatkach strukturalnych i niestrukturalnych, zna podstawowe metody określania pola ciśnienia
EK8 - zna rolę metod w projektowaniu i optymalizacji maszyn i urządzeń cieplno-przepływowych, ich wpływ na oszczędności materiałów i energii EK 9 potrafi przygotować program komputerowy implementujący metodę całkowania w objętości kontrolnej dla zagadnień jedno- oraz dwuwymiarowego ustalonego i nieustalonego przewodzenia ciepła, EK 10 potrafi zdefiniować geometrię, wygenerować siatkę numeryczną oraz sformułować parametry programu użytkowego oraz wykonań obliczenia w przypadku prostych zagadnień przepływowych EK 11 potrafi przygotować sprawozdanie z przebiegu realizacji ćwiczeń. EK 1 zna podstawy budowy oprogramowania do symulacji systemów energetycznych EK 13 zna metody obiegów cieplnych EK 14 zna metody podstawową bibliotekę oprogramowania do symulacji systemów energetycznych oraz sposoby jej modyfikacji EK 15 potrafi skonstruować proste i złożone modele obiegów cieplnych w oprogramowaniu do symulacji systemów energetycznych oraz wykorzystać je do przeprowadzenia obliczeń TREŚCI PROGRAMOWE Forma zajęć WYKŁADY W 1 Równania różniczkowe mechaniki płynów i wymiany ciepła ogólna postać równań różniczkowych opisujących procesy cieplno-przepływowe. Charakterystyka układów współrzędnych i ich wpływu na metody analizy równań.. W Podstawowe metody dyskretyzacji równań różniczkowych cząstkowych. Metoda całkowania w objętości kontrolnej na przykładzie równania ustalonego przewodzenia ciepła, sformułowanie różnych typów warunków brzegowych W 3 Podstawowe metody rozwiązywania układów liniowych równań algebraicznych, metody bezpośrednie i iteracyjne, źródła nieliniowości, metody linearyzacji członu źródłowego W 4 Zagadnienia nieustalonego przewodzenia ciepła: schemat jawny, niejawny, Cranka-Nicolsona W 5 Zagadnienie dwu- i trójwymiarowego przewodzenia ciepła, siatki strukturalne i niestrukturalne W 6,7 Zastosowanie metody całkowania w objętości kontrolnej do dyskretyzacji równań Naviera-Stokesa na siatkach strukturalnych i niestrukturalnych. Przykłady zastosowań numerycznej analizy w rozwiązywaniu złożonych zagadnień fizycznych z uwzględnieniem przemian fazowych, przepływów wielofazowych oraz przepływów z reakcjami chemicznymi W 8 Podstawy obiegów termodynamicznych. Przykłady modeli siłowni kondensacyjnych Liczba godzin W 9 - Wprowadzenie do programu IPSEpro. Struktura i rozszerzenia. W 10 - Podstawowa biblioteka IPSEpro do obiegów siłowni kondensacyjnych. Przykłady użycia elementów. W11 - Modelowanie prostych obiegów cieplnych. Metodyka budowania modelu. W1 - Modelowanie złożonych obiegów cieplnych na przykładzie siłowni kondensacyjnej 3 z przegrzewem pary i regeneracją wody zasilającej. W13 - Wprowadzenie do Model Development Kit. Budowanie własnych komponentów. W14 - Przykłady obliczeń złożonych obiegów cieplnych z wykorzystaniem zmodyfikowanych komponentów podstawowych bibliotek. 5 Razem 30
Forma zajęć LABORATORIUM Liczba godzin L 1 Podstawy języka programowania. L Opracowanie programu do analizy jednowymiarowego ustalonego przewodzenia ciepła L 3,4 Opracowanie programu do analizy jednowymiarowego nieustalonego 4 przewodzenia ciepła: schemat jawny, niejawny, Cranka-Nicolsona L 5,6 Zastosowanie programu komercyjnego do analizy dwuwymiarowego przepływu w 4 kwadratowym zagłębieniu z ruchomą ścianą. Analiza wpływu: rzędu aproksymacji, zagęszczenia siatki, rzędu schematu upwind L 7,8 Analiza przepływów dwufazowych oraz z reakcjami chemicznymi 4 L 9 - Zapoznanie się z obsługą środowiska IPSEpro. L 10 - Modelowanie i obliczenia prostych obiegów cieplnych. L 11 - Modelowanie i obliczenia układów siłowni kondensacyjnych. 4 L1,13 - Zapoznanie się z obsługą Model Development Kit. Budowa własnych komponentów. L 14-15 - Modyfikowanie komponentów podstawowych bibliotek. Obliczenia złożonych 4 obiegów cieplnych. Razem 30 NARZĘDZIA DYDAKTYCZNE 1. wykład z wykorzystaniem prezentacji multimedialnych. ćwiczenia laboratoryjne, opracowanie sprawozdań z realizacji przebiegu ćwiczeń 3. dokumentacja programów komercyjnych do analizy zjawisk cieplno-przepływowych i obiegów termodynamicznych 4. instrukcje do wykonania ćwiczeń laboratoryjnych SPOSOBY OCENY ( F FORMUJĄCA, P PODSUMOWUJĄCA) F1. ocena przygotowania do ćwiczeń laboratoryjnych F. ocena umiejętności stosowania zdobytej wiedzy podczas wykonywania ćwiczeń. ocena sprawozdań z realizacji ćwiczeń objętych programem nauczania F4. ocena aktywności podczas zajęć P1. 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, 3
OBCIĄŻENIE PRACĄ STUDENTA Forma aktywności Godziny kontaktowe z prowadzącym Konsultacje Zapoznanie się ze wskazaną literaturą Przygotowanie do ćwiczeń laboratoryjnych Wykonanie sprawozdań z realizacji ćwiczeń laboratoryjnych (czas poza zajęciami laboratoryjnymi) Przygotowanie do egzaminu Egzamin Średnia liczba godzin na zrealizowanie aktywności 30W 30L 60 h 5 h 7 h 15 h 10 h 30 h 3 h Suma 150 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 6 ECTS,7 ECTS,0 ECTS LITERATURA PODSTAWOWA I UZUPEŁNIAJĄCA 1. Ansys-CFD- dokumentacja program. Ferziger J.H.: Computational Methods for Fluid Dynamics, Springer, 1996 3. Fletcher C.A.J. : Computational Techniques for Fluid Dynamics, Springer-Verlag, 1991 4. C. Hirsch: Numerical Computation of Internal and External Flows, John Wiley & Sons, 001 5. Patankar S. V. : Numerical Heat Transfer and Fluid Flow.McGraw-Hill Book Company, 1980. 6. Wendt F.W.: Computational Fluid Dynamics, Springer-Verlag, 199 7. P. Wesseling: Principles of Computational Fluid Dynamics 8. IPSEpro, PSE podręcznik użytkownika. SimTech, 01 9. IPSEpro, MDK podręcznik użytkownika. SimTech, 01 PROWADZĄCY PRZEDMIOT ( IMIĘ, NAZWISKO, ADRES E-MAIL) 1. dr hab inż. Andrzej Bogusławski, prof. PCz abogus@imc.pcz.czest.pl,. dr inż. Artur Tyliszczak atyl@imc.pcz.czest.pl 3. dr. Inż. Maciej Marek marekm@imc.pcz.czest.pl 4
MACIERZ REALIZACJI EFEKTÓW KSZTAŁCENIA Efekt kształcenia EK1 EK EK3 EK4 EK5 EK6 EK7 EK8 EK 9 EK10 EK11 EK1 EK13 Odniesienie danego efektu do efektów zdefiniowanych dla całego programu (PEK) K_W0 K_W13 K_U01 K_U05 K_U36 K_K01 K_K0 K_K07 K_W38 K_U05 K_U16 K_U35 K_U36 K_W1 K_W13 K_W38 K_U05 K_U01 K_U0 K_U03 K_U04 K_W38 K_W1 Cele przedmiotu Treści programowe Narzędzia dydaktyczne Sposób oceny C1 W1 1 P C1 W 1 P C1 W,W4,W5 1 P C1 W3 1 P C1 W6 1 P C W6,W7 1 P C1 W6_W7 1 P C1 W13-15 1 P C L1-L7 1,,4 C L8-L15 1,,3,4 C L1-15,4 F1 F F4 P1 F1 F F4 P1 P1 C1 W8, W9 1,3 P C1 W8, W11-1, W14 1 P EK14 K_W1 C1 W10, W13 1,3 P EK15 K_U16 C L9-15 1,,3,4 F1 5
K_U7 K_U35 K_U36 F II. FORMY OCENY - SZCZEGÓŁY Efekty kształcenia Uwaga! Ocenie powinny podlegać wszystkie efekty zdefiniowane dla przedmiotu Na ocenę Na ocenę 3 Na ocenę 4 Na ocenę 5 EK1-9, EK1-14 Student opanował wiedzę z zakresu procesów cieplnoprzepływowych, zna podstawowe metody dyskretyzacji równań wymiany ciepła i mechaniki płynów EK9-10, EK15 Student posiada umiejętności programowania prostych metod numerycznych w zakresie wymiany ciepła oraz wykorzystania programów komercyjnych do analizy zagadnień cieplnoprzepływowych Student nie opanował wiedzy z zakresu procesów cieplnoprzepływowych Student nie opanował umiejętności programowania oraz wykorzystania programu komercyjnego Student częściowo opanował wiedzę z zakresu procesów cieplnoprzepływowych Student nie potrafi wykorzystać zdobytej wiedzy, zadania wynikające z realizacji ćwiczeń wykonuje z pomocą prowadzącego Student opanował wiedzę z zakresu procesów cieplnoprzepływowych w zakresie samodzielnego rozwiązywania prostych zagadnień wymiany ciepła i mechaniki płynów Student poprawnie wykorzystuje wiedzę oraz samodzielnie rozwiązuje problemy wynikające w trakcie realizacji ćwiczeń Student bardzo dobrze opanował wiedzę z zakresu materiału objętego programem nauczania, samodzielnie zdobywa i poszerza wiedzę przy użyciu różnych źródeł, może rozwijać samodzielnie umiejętności i podejmować próby analizy złożonych zagadnień wymiany ciepła i mechaniki płynów Student opanował podstawy programowania w zakresie prostych metod numerycznych w wymianie ciepła, potrafi wykorzystać program komercyjny oraz samodzielnie poznawać możliwości oprogramowania w zakresie analizy złożonych zagadnień cieplnoprzepływowych 6
EK11 Student potrafi efektywnie prezentować i dyskutować wyniki własnych działań Student nie opracował sprawozdania/ Student nie potrafi zaprezentować wyników swoich badań Student wykonał sprawozdanie z wykonanego ćwiczenia, ale nie potrafi dokonać interpretacji oraz analizy wyników własnych badań Student wykonał sprawozdanie z wykonanego ćwiczenia, potrafi prezentować wyniki swojej pracy oraz dokonuje ich analizy Student wykonał sprawozdanie z wykonanego ćwiczenia, potrafi w sposób zrozumiały prezentować, oraz dyskutować osiągnięte wyniki III. INNE PRZYDATNE INFORMACJE O PRZEDMIOCIE Wszelkie informacje dla studentów kierunku ENERGETYKA dotyczące przedmiotu, jego zaliczenia, konsultacji są przekazywane podczas pierwszych zajęć oraz umieszczone są na tablicach informacyjnych Instytutu Maszyn Cieplnych. 7