Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki - Energetyka (S2)

Sylabus przedmiotu Metody numeryczne w energetyce:

Informacje podstawowe

Kierunek studiów Energetyka
Forma studiów studia stacjonarne Poziom drugiego stopnia
Tytuł zawodowy absolwenta magister inżynier
Obszary studiów charakterystyki PRK, kompetencje inżynierskie PRK
Profil ogólnoakademicki
Moduł
Przedmiot Metody numeryczne w energetyce
Specjalność technologie jądrowe i wodorowe
Jednostka prowadząca Katedra Technologii Energetycznych
Nauczyciel odpowiedzialny Aleksandra Dembkowska <Aleksandra.Dembkowska@zut.edu.pl>
Inni nauczyciele
ECTS (planowane) 3,0 ECTS (formy) 3,0
Forma zaliczenia zaliczenie Język polski
Blok obieralny Grupa obieralna

Formy dydaktyczne

Forma dydaktycznaKODSemestrGodzinyECTSWagaZaliczenie
laboratoriaL2 45 2,20,50zaliczenie
wykładyW2 15 0,80,50zaliczenie

Wymagania wstępne

KODWymaganie wstępne
W-1Podstawy termodynamiki i wymiany ciepła.
W-2Podstawy mechaniki płynów

Cele przedmiotu

KODCel modułu/przedmiotu
C-1Zapoznanie studenta z metodyką numerycznej mechaniki płynów (CFD) i możliwościami jej wykorzystania do projektowania w energetyce.
C-2Zapoznanie studenta z metodyką i możliwościami wykorzystania symulatorów procesowych do modelowania systemów energetycznych.
C-3Celem zajęć laboratoryjnych jest ukształtowanie umiejętności z zakresu wykorzystywania komercyjnie dostepnego oprogramowania CFD oraz symulatorów procesowych w praktycznych zastosowaniach

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

KODTreść programowaGodziny
laboratoria
T-L-1Praktyczne wykorzystanie poznanych na wykładzie metod numerycznych przy użyciu dostępnego oprogramowania. Generowanie siatki numerycznej za pomocą preprocesora: tworzenie dwu- i trójwymiarowych geometrii, definiowanie warunków brzegowych, generowanie siatek numerycznych. Opis zjawisk w pakiecie CFD przez dobór i składanie podstawowych modeli przenoszenia, generowanie pliku komend. Rozwiazywanie problemów przenoszenia w płynach na wybranych przykładach. Opracowanie i prezentacja wyników symulacji. Praktyczne wykorzystanie możliwości symulatorów procesowych w obliczeniach termodynamicznych i do obliczeń projektowych elementów instalacji. Zaliczenie.45
45
wykłady
T-W-1Metody numeryczne stosowane w różnych skalach długości i czasu. Analiza zjawisk przenoszenia za pomocą metod obliczeniowej mechaniki płynów (CFD). Różniczkowe równania ciągłości, bilansu pędu, masy i energii, uogólnione równanie przenoszenia, warunki jednoznaczności rozwiązań równań transportu. Typy warunków brzegowych. Przepływy burzliwe i ich modele: cechy przepływów burzliwych, równania Reynoldsa, modele burzliwości algebraiczne i różniczkowe, funkcje przyścienne. Podstawy numerycznego rozwiazywania równań transportu pędu, masy i energii. Metody dyskretyzacji równań transportu – objętości kontrolnej i elementu skończonego. Pakiety komercyjne CFD: cechy charakterystyczne i użytkowe. Strategie modelowania systemów energetycznych. Obliczenia symulacyjne systemów energetycznych i programy symulacyjne – cechy charakterystyczne i użytkowe. Zaliczenie końcowe.15
15

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KODForma aktywnościGodziny
laboratoria
A-L-1Uczestnictwo w zajęciach.45
A-L-2Praca własna.10
55
wykłady
A-W-1Uczestnictwo w zajęciach.15
A-W-2Praca własna studenta.5
20

Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne

KODMetoda nauczania / narzędzie dydaktyczne
M-1Wykład informacyjny z wykorzystaniem środków do prezentacji multimedialnych.
M-2Ćwiczenia laboratoryjne z użyciem komputera.
M-3Konsultacje.

Sposoby oceny

KODSposób oceny
S-1Ocena podsumowująca: Pisemne zaliczenie wykładów.
S-2Ocena podsumowująca: Sprawdzian praktyczny - przeprowadzenie modelowania na wybranym przykładzie.
S-3Ocena formująca: Sprawozdania pisemne z wykonanych zadań problemowych w ramach ćwiczeń laboratoryjnych.

Zamierzone efekty uczenia się - wiedza

Zamierzone efekty uczenia sięOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
ENE_2A_TJiW/03_W01
W01 Student zna podstawowe zasady i definicje numerycznej mechaniki płynów i teorii systemów w odniesieniu do zagadnień występujących w energetyce
ENE_2A_W08C-1, C-2T-W-1M-1S-1

Zamierzone efekty uczenia się - umiejętności

Zamierzone efekty uczenia sięOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
ENE_2A_TJiW/03_U01
Student potrafi przeprowadzić symulacje numeryczne podstawowych urządzeń energetycznych oraz prostych systemów energetycznych z wykorzystaniem komercyjnie dostępnego oprogramowania.
ENE_2A_U09C-3T-L-1M-2S-2, S-3

Zamierzone efekty uczenia się - inne kompetencje społeczne i personalne

Zamierzone efekty uczenia sięOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
ENE_2A_TJiW/03_K01
Student rozumie potrzebę uczenia się oraz podnoszenia swoich umiejętności i kompetencji zawodowych.
ENE_2A_K04C-3T-W-1, T-L-1M-2S-3

Kryterium oceny - wiedza

Efekt uczenia sięOcenaKryterium oceny
ENE_2A_TJiW/03_W01
W01 Student zna podstawowe zasady i definicje numerycznej mechaniki płynów i teorii systemów w odniesieniu do zagadnień występujących w energetyce
2,0Student nie opanował podstawowej wiedzy podanej na wykładzie ani na ćwiczeniach laboratoryjnych.
3,0Student opanował podstawową wiedzę podaną na wykładzie i na ćwiczeniach laboratoryjnych.
3,5Student opanował podstawową wiedzę podaną na wykładzie i na ćwiczeniach laboratoryjnych i potrafi ją zinterpretować i wykorzystać w stopniu dostatecznym.
4,0Student opanował podstawową wiedzę podaną na wykładzie i na ćwiczeniach laboratoryjnych i potrafi ją zinterpretować i wykorzystać w stopniu dobrym
4,5Student opanował podstawową wiedzę podaną na wykładzie i na ćwiczeniach laboratoryjnych i potrafi ją zinterpretować i wykorzystać w znacznym stopniu
5,0Student opanował podstawową wiedzę podaną na wykładzie i na ćwiczeniach laboratoryjnych i potrafi ją zinterpretować i w pełni wykorzystać praktycznie

Kryterium oceny - umiejętności

Efekt uczenia sięOcenaKryterium oceny
ENE_2A_TJiW/03_U01
Student potrafi przeprowadzić symulacje numeryczne podstawowych urządzeń energetycznych oraz prostych systemów energetycznych z wykorzystaniem komercyjnie dostępnego oprogramowania.
2,0Student nie potrafi wykorzystać wiedzy teoretycznej do samodzielnego sformułowania modelu obliczeniowego. Nie potrafi zastosować żadnej z metod obliczeniowych podanych na wykładzie i ćwiczeniach laboratoryjnych
3,0Student poprawienie dobiera metody numeryczne oraz potrafi je zastosować w sposób odtwórczy do rozwiązania wybranych problemów
3,5
4,0Student poprawienie dobiera metody numeryczne oraz potrafi je zastosować do rozwiązania wybranych problemów.
4,5
5,0Student potrafi samodzielnie i bezbłędnie zastosować poznane metody numeryczne do symulacji i analizy zadanego problemu

Kryterium oceny - inne kompetencje społeczne i personalne

Efekt uczenia sięOcenaKryterium oceny
ENE_2A_TJiW/03_K01
Student rozumie potrzebę uczenia się oraz podnoszenia swoich umiejętności i kompetencji zawodowych.
2,0
3,0Student w podstawowym stopniu rozumie potrzebę ciągłego kształcenia się i doskonalenia zawodowego.
3,5
4,0
4,5
5,0

Literatura podstawowa

  1. Patankar S., Numerical Heat Transfer And Fluid Flow, McGraw-Hill, Book Company, 1980
  2. Versteeg H. K., Malalasekera W., An Introduction to Computational Fluid Dynamics. The Finite Volume Method, Pearson Education Limited, 2007
  3. Anderson J. D., Computational Fluid Dynamics. The Basics with Applications., McGraw-Hill Book Company, 1995
  4. J.W. Prosnak, Równania klasycznej mechaniki płynów, PWN, Warszawa, 2006
  5. Zdzisław Jaworski, Numeryczna mechanika płynów w inżynierii chemicznej i procesowej, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa, 2005
  6. Z. Kazimierski, Podstawy mechaniki płynów i metod komputerowej symulacji przepływów, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź, 2004
  7. J.W. Elsner, Turbulencja przepływów, PWN, Warszawa, 1987
  8. J. Jeżowski, Wprowadzenie do projektowania systemów technologii chemicznej, Część 1. Teoria, Wydawnictwo Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów, 2002
  9. J. Jeżowski, A. Jeżowska, Wprowadzenie do projektowania systemów technologii chemicznej, Część 2. Przykłady obliczeń, Wydawnictwo Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów, 2002

Literatura dodatkowa

  1. Z. Fortuna, B. Macukow, J. Wąsowski, Metody numeryczne, WNT, Warszawa, 2005
  2. E. Majchrzak, J i M. Jankowscy, Metody numeryczne. Podstawy teoretyczne, aspekty praktyczne i algorytmy, WPŚ, Gliwice, 2011

Treści programowe - laboratoria

KODTreść programowaGodziny
T-L-1Praktyczne wykorzystanie poznanych na wykładzie metod numerycznych przy użyciu dostępnego oprogramowania. Generowanie siatki numerycznej za pomocą preprocesora: tworzenie dwu- i trójwymiarowych geometrii, definiowanie warunków brzegowych, generowanie siatek numerycznych. Opis zjawisk w pakiecie CFD przez dobór i składanie podstawowych modeli przenoszenia, generowanie pliku komend. Rozwiazywanie problemów przenoszenia w płynach na wybranych przykładach. Opracowanie i prezentacja wyników symulacji. Praktyczne wykorzystanie możliwości symulatorów procesowych w obliczeniach termodynamicznych i do obliczeń projektowych elementów instalacji. Zaliczenie.45
45

Treści programowe - wykłady

KODTreść programowaGodziny
T-W-1Metody numeryczne stosowane w różnych skalach długości i czasu. Analiza zjawisk przenoszenia za pomocą metod obliczeniowej mechaniki płynów (CFD). Różniczkowe równania ciągłości, bilansu pędu, masy i energii, uogólnione równanie przenoszenia, warunki jednoznaczności rozwiązań równań transportu. Typy warunków brzegowych. Przepływy burzliwe i ich modele: cechy przepływów burzliwych, równania Reynoldsa, modele burzliwości algebraiczne i różniczkowe, funkcje przyścienne. Podstawy numerycznego rozwiazywania równań transportu pędu, masy i energii. Metody dyskretyzacji równań transportu – objętości kontrolnej i elementu skończonego. Pakiety komercyjne CFD: cechy charakterystyczne i użytkowe. Strategie modelowania systemów energetycznych. Obliczenia symulacyjne systemów energetycznych i programy symulacyjne – cechy charakterystyczne i użytkowe. Zaliczenie końcowe.15
15

Formy aktywności - laboratoria

KODForma aktywnościGodziny
A-L-1Uczestnictwo w zajęciach.45
A-L-2Praca własna.10
55
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KODForma aktywnościGodziny
A-W-1Uczestnictwo w zajęciach.15
A-W-2Praca własna studenta.5
20
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty uczenia sięENE_2A_TJiW/03_W01W01 Student zna podstawowe zasady i definicje numerycznej mechaniki płynów i teorii systemów w odniesieniu do zagadnień występujących w energetyce
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówENE_2A_W08Ma uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie wiedzę w zakresie komputerowego wspomagania obliczeń i podejmowania decyzji w energetyce
Cel przedmiotuC-1Zapoznanie studenta z metodyką numerycznej mechaniki płynów (CFD) i możliwościami jej wykorzystania do projektowania w energetyce.
C-2Zapoznanie studenta z metodyką i możliwościami wykorzystania symulatorów procesowych do modelowania systemów energetycznych.
Treści programoweT-W-1Metody numeryczne stosowane w różnych skalach długości i czasu. Analiza zjawisk przenoszenia za pomocą metod obliczeniowej mechaniki płynów (CFD). Różniczkowe równania ciągłości, bilansu pędu, masy i energii, uogólnione równanie przenoszenia, warunki jednoznaczności rozwiązań równań transportu. Typy warunków brzegowych. Przepływy burzliwe i ich modele: cechy przepływów burzliwych, równania Reynoldsa, modele burzliwości algebraiczne i różniczkowe, funkcje przyścienne. Podstawy numerycznego rozwiazywania równań transportu pędu, masy i energii. Metody dyskretyzacji równań transportu – objętości kontrolnej i elementu skończonego. Pakiety komercyjne CFD: cechy charakterystyczne i użytkowe. Strategie modelowania systemów energetycznych. Obliczenia symulacyjne systemów energetycznych i programy symulacyjne – cechy charakterystyczne i użytkowe. Zaliczenie końcowe.
Metody nauczaniaM-1Wykład informacyjny z wykorzystaniem środków do prezentacji multimedialnych.
Sposób ocenyS-1Ocena podsumowująca: Pisemne zaliczenie wykładów.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0Student nie opanował podstawowej wiedzy podanej na wykładzie ani na ćwiczeniach laboratoryjnych.
3,0Student opanował podstawową wiedzę podaną na wykładzie i na ćwiczeniach laboratoryjnych.
3,5Student opanował podstawową wiedzę podaną na wykładzie i na ćwiczeniach laboratoryjnych i potrafi ją zinterpretować i wykorzystać w stopniu dostatecznym.
4,0Student opanował podstawową wiedzę podaną na wykładzie i na ćwiczeniach laboratoryjnych i potrafi ją zinterpretować i wykorzystać w stopniu dobrym
4,5Student opanował podstawową wiedzę podaną na wykładzie i na ćwiczeniach laboratoryjnych i potrafi ją zinterpretować i wykorzystać w znacznym stopniu
5,0Student opanował podstawową wiedzę podaną na wykładzie i na ćwiczeniach laboratoryjnych i potrafi ją zinterpretować i w pełni wykorzystać praktycznie
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty uczenia sięENE_2A_TJiW/03_U01Student potrafi przeprowadzić symulacje numeryczne podstawowych urządzeń energetycznych oraz prostych systemów energetycznych z wykorzystaniem komercyjnie dostępnego oprogramowania.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówENE_2A_U09Potrafi dobrać metodę obliczeniową, wykorzystać odpowiednie oprogramowanie właściwe do rozwiązania określonego zagadnienia z uwzględnieniem nowych osiągnięć techniki i technologii
Cel przedmiotuC-3Celem zajęć laboratoryjnych jest ukształtowanie umiejętności z zakresu wykorzystywania komercyjnie dostepnego oprogramowania CFD oraz symulatorów procesowych w praktycznych zastosowaniach
Treści programoweT-L-1Praktyczne wykorzystanie poznanych na wykładzie metod numerycznych przy użyciu dostępnego oprogramowania. Generowanie siatki numerycznej za pomocą preprocesora: tworzenie dwu- i trójwymiarowych geometrii, definiowanie warunków brzegowych, generowanie siatek numerycznych. Opis zjawisk w pakiecie CFD przez dobór i składanie podstawowych modeli przenoszenia, generowanie pliku komend. Rozwiazywanie problemów przenoszenia w płynach na wybranych przykładach. Opracowanie i prezentacja wyników symulacji. Praktyczne wykorzystanie możliwości symulatorów procesowych w obliczeniach termodynamicznych i do obliczeń projektowych elementów instalacji. Zaliczenie.
Metody nauczaniaM-2Ćwiczenia laboratoryjne z użyciem komputera.
Sposób ocenyS-2Ocena podsumowująca: Sprawdzian praktyczny - przeprowadzenie modelowania na wybranym przykładzie.
S-3Ocena formująca: Sprawozdania pisemne z wykonanych zadań problemowych w ramach ćwiczeń laboratoryjnych.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0Student nie potrafi wykorzystać wiedzy teoretycznej do samodzielnego sformułowania modelu obliczeniowego. Nie potrafi zastosować żadnej z metod obliczeniowych podanych na wykładzie i ćwiczeniach laboratoryjnych
3,0Student poprawienie dobiera metody numeryczne oraz potrafi je zastosować w sposób odtwórczy do rozwiązania wybranych problemów
3,5
4,0Student poprawienie dobiera metody numeryczne oraz potrafi je zastosować do rozwiązania wybranych problemów.
4,5
5,0Student potrafi samodzielnie i bezbłędnie zastosować poznane metody numeryczne do symulacji i analizy zadanego problemu
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty uczenia sięENE_2A_TJiW/03_K01Student rozumie potrzebę uczenia się oraz podnoszenia swoich umiejętności i kompetencji zawodowych.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówENE_2A_K04Rozumie potrzebę ciągłego dokształcania się i podnoszenia kompetencji zawodowych oraz potrafi inspirować proces uczenia się innych osób
Cel przedmiotuC-3Celem zajęć laboratoryjnych jest ukształtowanie umiejętności z zakresu wykorzystywania komercyjnie dostepnego oprogramowania CFD oraz symulatorów procesowych w praktycznych zastosowaniach
Treści programoweT-W-1Metody numeryczne stosowane w różnych skalach długości i czasu. Analiza zjawisk przenoszenia za pomocą metod obliczeniowej mechaniki płynów (CFD). Różniczkowe równania ciągłości, bilansu pędu, masy i energii, uogólnione równanie przenoszenia, warunki jednoznaczności rozwiązań równań transportu. Typy warunków brzegowych. Przepływy burzliwe i ich modele: cechy przepływów burzliwych, równania Reynoldsa, modele burzliwości algebraiczne i różniczkowe, funkcje przyścienne. Podstawy numerycznego rozwiazywania równań transportu pędu, masy i energii. Metody dyskretyzacji równań transportu – objętości kontrolnej i elementu skończonego. Pakiety komercyjne CFD: cechy charakterystyczne i użytkowe. Strategie modelowania systemów energetycznych. Obliczenia symulacyjne systemów energetycznych i programy symulacyjne – cechy charakterystyczne i użytkowe. Zaliczenie końcowe.
T-L-1Praktyczne wykorzystanie poznanych na wykładzie metod numerycznych przy użyciu dostępnego oprogramowania. Generowanie siatki numerycznej za pomocą preprocesora: tworzenie dwu- i trójwymiarowych geometrii, definiowanie warunków brzegowych, generowanie siatek numerycznych. Opis zjawisk w pakiecie CFD przez dobór i składanie podstawowych modeli przenoszenia, generowanie pliku komend. Rozwiazywanie problemów przenoszenia w płynach na wybranych przykładach. Opracowanie i prezentacja wyników symulacji. Praktyczne wykorzystanie możliwości symulatorów procesowych w obliczeniach termodynamicznych i do obliczeń projektowych elementów instalacji. Zaliczenie.
Metody nauczaniaM-2Ćwiczenia laboratoryjne z użyciem komputera.
Sposób ocenyS-3Ocena formująca: Sprawozdania pisemne z wykonanych zadań problemowych w ramach ćwiczeń laboratoryjnych.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0
3,0Student w podstawowym stopniu rozumie potrzebę ciągłego kształcenia się i doskonalenia zawodowego.
3,5
4,0
4,5
5,0