Karta przedmiotu

Wymiana ciepła i masy

Podstawowe informacje o zajęciach

Cykl kształcenia:

2025/2026

Nazwa jednostki prowadzącej studia:

Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa

Nazwa kierunku studiów:

Lotnictwo i kosmonautyka

Obszar kształcenia:

nauki techniczne

Profil studiów:

ogólnoakademicki

Poziom studiów:

drugiego stopnia

Forma studiów:

stacjonarne

Specjalności na kierunku:

Awionika, Pilotaż, Samoloty, Silniki lotnicze, Śmigłowce, Zarządzanie ruchem lotniczym

Tytuł otrzymywany po ukończeniu studiów:

magister inżynier

Nazwa jednostki prowadzącej zajęcia:

Zakład Termodynamiki

Kod zajęć:

6329

Status zajęć:

obowiązkowy dla specjalności Silniki lotnicze

Układ zajęć w planie studiów:

sem: 1 / W30 C15 L15 / 4 ECTS / E

Język wykładowy:

polski

Imię i nazwisko koordynatora 1:

dr hab. inż. prof. PRz Joanna Wilk

Terminy konsultacji koordynatora:

według harmonogramu pracy zakładu

Imię i nazwisko koordynatora 2:

dr inż. Rafał Gałek

Terminy konsultacji koordynatora:

według harmonogramu pracy zakładu

Imię i nazwisko koordynatora 3:

dr hab. inż. prof. PRz Robert Smusz

semestr 1:

mgr inż. Sebastian Grosicki , termin konsultacji według harmonogramu pracy zakładu

Cel kształcenia i wykaz literatury

Główny cel kształcenia:
Poznanie i stosowanie zasad wymiany ciepła w analizie, projektowaniu i eksploatacji urządzeń służących do transportu ciepła i posiadających elementy wymieniające ciepło.

Ogólne informacje o zajęciach:
Moduł zapoznaje z poszczególnymi rodzajami ustalonej i nieustalonej wymiany ciepła: przewodzeniem, konwekcją naturalną i wymuszoną oraz promieniowaniem cieplnym. Wszystkie one są przybliżane przez ćwiczenia obliczeniowe, a także przez symulacje numeryczne wybranych zagadnień.

Wykaz literatury, wymaganej do zaliczenia zajęć

Literatura wykorzystywana podczas zajęć wykładowych
1	J. Madejski	Teoria wymiany ciepła; wyd II	Wyd. Uczeln. Pol. Szczecińskiej.	1998
2	S. Wiśniewski	Wymiana ciepła	PWN.	2002
3	B. Staniszewski	Wymiana ciepła	WNT.	2000
4	R.W. Lewis, P. Nithiarasu, K.N. Seetharamu	Fundamentals of the Finite Element Method for Heat and Fluid Flow	Wiley & Sons.	2004

Literatura wykorzystywana podczas zajęć ćwiczeniowych/laboratoryjnych/innych
1	F. Wolańczyk	Wymiana ciepła. Przykłady i zadania. Materiały pomocnicze	Oficyna Wydawn.Pol. Rzesz..	2002
2	B. Bieniasz - red.	Wymiana ciepła i masy. Laboratorium	Oficyna Wydawn. Pol. Rzesz..	2001
3	J. Wilk, R. Smusz	Wymiana ciepła. Tablice i wykresy. Materiały pomocnicze	Oficyna Wydawn. Pol. Rzesz..	2003
4	ANSYS, Inc.	ANSYS Fluent User’s Guide, Release 18.2	-.	2018
5	ANSYS, Inc.	ANSYS Mechanical User’s Guide, Release 18.2	-.	2018

Literatura do samodzielnego studiowania
1	J. Madejski	Wymiana ciepła w turbinach cieplnych	Ossolineum.	1988
2	T. Hobler	Ruch ciepła i wymienniki; Wyd. 6	WNT.	1986

Wymagania wstępne w kategorii wiedzy / umiejętności / kompetencji społecznych

Wymagania formalne:
Wpis na semestr 1.

Wymagania wstępne w kategorii Wiedzy:
Znajomość podstaw termodynamiki, mechaniki płynów, rachunku różniczkowego i całkowego.

Wymagania wstępne w kategorii Umiejętności:
Umiejętność logicznego myślenia przy wykorzystywaniu wiedzy w analizie zjawisk fizycznych i syntezie ich modeli.

Wymagania wstępne w kategorii Kompetencji społecznych:
Zainteresowanie zjawiskami wymiany ciepła, systematyczność, pracowitość.

Efekty kształcenia dla zajęć

MEK	Student, który zaliczył zajęcia	Formy zajęć/metody dydaktyczne prowadzące do osiągnięcia danego efektu kształcenia	Metody weryfikacji każdego z wymienionych efektów kształcenia	Związki z KEK	Związki z PRK
MEK01	Posiada pogłębioną wiedzę oraz możliwość zrozumienia zjawisk, prowadzenia podstawowych obliczeń i wykonywania podstawowych pomiarów w zakresie tematyki przedstawionej w module. Potrafi opisać zjawiska wymiany ciepła i masy przy pomocy równań różniczkowych. Rozumie koncepcję metody różnic skończonych, objętości skończonych, elementów skończonych. Potrafi zapisać układ równań liniowych wynikający z dyskretyzacji prostego zagadnienia wymiany ciepła lub masy powyższymi metodami.	wykład	Obowiązkowa obecność i czynny udział w śledzeniu toku rozumowania. Egzamin pisemny.	K-W02+++ K-W04+++ K-U01++	P7S-UW P7S-WG
MEK02	Przeprowadza podstawowe obliczenia intensywności poszczególnych rodzajów wymiany ciepła i stosuje wyniki do zaprojektowania prostego wymiennika ciepła. Ma świadomość znaczenia wyników wstępnych obliczeń na ewentualny wybór optymalnego wariantu projektowanego urządzenia.	ćwiczenia rachunkowe	Obowiązkowa obecność, udział w planowaniu algorytmu obliczeń, udzielanie odpowiedzi na pytania prowadzącego, samodzielne obliczenia, porównywanie wyników. Kolokwium	K-W02++ K-U08+++ K-K03++	P7S-KO P7S-UW P7S-WG
MEK03	Potrafi skonfigurować i rozwiązać zagadnienie wymiany ciepła przez przewodzenie (w tym zagadnienie nieliniowe) z warunkami brzegowymi pierwszego, drugiego i trzeciego rodzaju, a dodatkowo z promieniowaniem i generacją wewnętrzną w programie ANSYS Mechanical.	laboratorium	samodzielne wykonanie zadanej symulacji numerycznej zagadnienia wymiany ciepła	K-U07++ K-U08++ K-K03++	P7S-KO P7S-UW

Treści kształcenia dla zajęć

Sem.	TK	Treści kształcenia	Realizowane na	MEK
1	TK01	1. Przewodzenie - prawo Fouriera . Równanie przewodnictwa Kirchoffa - Fouriera - szczególne przypadki. Przewodność cieplna materiałów; 2. Przejmowanie ciepła. Krytyczna średnica izolacji. 3. Przewodzenie 2-wymiarowe. Współczynniki kształtu. 4. Wymiana ciepła przez żebra. 5. Nieustalone przewodzenie ciepła - system skupiony z akumulacją. Nieustalona wymiana ciepła - wykresy Heislera i Grobera. 6. Konwekcja wymuszona - prawo Newtona dla konwekcji Równanie Bernouliego dla przepływu nielepkiego. Równanie energii dla płynów ściśliwych. Termiczna i hydrauliczna warstwa przyścienna. 7. Teoria podobieństwa. Liczby kryterialne. 8. Konwekcja wymuszona przy przepływie przez kanał. 9. Konwekcja swobodna liczba Grashofa, rozwiązanie na liczbę Nusselta, przykłady zależności empirycznych; 10. Promieniowanie cieplne: mechanizm fizyczny, właściwości ciał , prawo Stefana-Boltzmana, tożsamość Kirchhoffa, prawo rozkładu energii Plancka, reguła przesunięć Wiena, ciała szare. Współczynnik kształtu dla promieniowania; prawo wzajemności; 11. Wymienniki ciepła: typy wymienników ciepła, problemy konstrukcyjne; 12. Wymiana masy.	W01-W12	MEK01
1	TK02	Ogólne równanie transportu dowolnej zmiennej: dyfuzja, konwekcja, generacja, akumulacja. Metoda różnic skończonych: dyskretyzacja w przestrzeni, szereg Taylora, błąd obcięcia, warunki brzegowe. Metoda objętości skończonych: dyskretyzacja w przestrzeni, zasada zachowania dowolnej zmiennej, dyskretyzacja pochodnych, warunki brzegowe. Metoda elementów skończonych: dyskretyzacja w przestrzeni, funkcje kształtu, rodzaje i rząd elementów, dyskretyzacja równań, metoda pozostałości ważonej, funkcje wagi, metoda Galerkina, układ równań liniowych w postaci macierzowej, warunki brzegowe.	W13-W15	MEK01
1	TK03	1. Ustalone przewodzenie przez ścianki płaskie i cylindryczne; 2. Ustalone przenikanie ciepła przez ścianki płaskie i cylindryczne; 3. Ustalona wymiana ciepła za pośrednictwem żeber; 4. Nieustalona wymiana ciepła systemu skupionego i półprzestrzeni; 5. Konwekcja wymuszona bez zmiany fazy; 6. Konwekcja swobodna bez zmiany fazy; 7. Promieniowanie cieplne	C01-C07	MEK02
1	TK04	Symulacje numeryczne zagadnień wymiany ciepła w środowisku ANSYS Mechanical. Reprezentacja geometrii 1D, 2D i 3D. Warunki brzegowe pierwszego i drugiego rodzaju. Warunek brzegowy symetrii. Rodzaje elementów w ANSYS Mechanical. Reprezentacja 2D osiowosymetryczna. Konfiguracja domeny o kilku regionach. Zagadnienia nieliniowe: właściwości materiałowe i warunki brzegowe zależne od temperatury. Objętościowa generacja ciepła. Opór kontaktowy. Zagadnienie wymiany ciepła w stanie nieustalonym. Zagadnienie proste i odwrotne wymiany ciepła. Promieniowanie do otoczenia i pomiędzy powierzchniami domeny. Wyniki symulacji - całkowita moc cieplna wymieniana przez powierzchnię. Zagadnienie konwekcji wymuszonej z pełnym rozwiązaniem pola prędkości w ANSYS Fluent.	L01-L07	MEK03

Nakład pracy studenta

Forma zajęć	Praca przed zajęciami	Udział w zajęciach	Praca po zajęciach
Wykład (sem. 1)	Przygotowanie do kolokwium: 5.00 godz./sem.	Godziny kontaktowe: 30.00 godz./sem.	Studiowanie zalecanej literatury: 5.00 godz./sem.
Ćwiczenia/Lektorat (sem. 1)	Przygotowanie do ćwiczeń: 7.00 godz./sem. Przygotowanie do kolokwium: 5.00 godz./sem.	Godziny kontaktowe: 15.00 godz./sem.
Laboratorium (sem. 1)		Godziny kontaktowe: 15.00 godz./sem.	Dokończenia/wykonanie sprawozdania: 8.00 godz./sem.
Konsultacje (sem. 1)		Udział w konsultacjach: 3.00 godz./sem.
Egzamin (sem. 1)	Przygotowanie do egzaminu: 7.00 godz./sem.	Egzamin pisemny: 2.00 godz./sem.

Sposób wystawiania ocen składowych zajęć i oceny końcowej

Forma zajęć	Sposób wystawiania oceny podsumowującej
Wykład	Egzamin zaliczeniowy weryfikuje wiedzę i umiejętności obejmujące realizację modułowego efektu kształcenia MEK01. Ocenę: 3,0 otrzymuje student, który uzyskał 51-60% punktów, ocenę 3,5 student, który uzyskał 61%-70%, ocenę 4,0 student, który uzyskał 71%-80%, 4,5 - 81%-90%, 5,0 - 91%-100%.
Ćwiczenia/Lektorat	Sprawdziany pisemne weryfikują wiedzę i umiejętności obejmujące realizację modułowego efektu kształcenia MEK02. Ocenę: 3,0 otrzymuje student, który uzyskał 51-60% punktów, ocenę 3,5 student, który uzyskał 61%-70%, ocenę 4,0 student, który uzyskał 71%-80%, 4,5 - 81%-90%, 5,0 - 91%-100%.
Laboratorium	Zaliczenie zajęć laboratoryjnych obejmuje materiał odpowiadający MEK03 i polega na samodzielnym wykonaniu zadanej symulacji numerycznej zagadnienia wymiany ciepła w oprogramowaniu ANSYS. Zajęcia laboratoryjne są zaliczone w przypadku poprawnego wykonania tego zadania, a niezaliczone w przeciwnym razie.
Ocena końcowa	Ocena końcowa jest średnią ważoną: ocena za wykład z wagą 60%, ocena za ćwiczenia z wagą 40%.

Przykładowe zadania

Wymagane podczas egzaminu/zaliczenia
(-)

Realizowane podczas zajęć ćwiczeniowych/laboratoryjnych/projektowych
(-)

Inne
(-)

Czy podczas egzaminu/zaliczenia student ma możliwość korzystania z materiałów pomocniczych : nie

Treści zajęć powiazane są z prowadzonymi badaniami naukowymi tak

1	P. Bałon; B. Kiełbasa; R. Smusz; G. Szeliga	Experimental and numerical studies of the design of statically indeterminate turbojet engines	2025
2	R. Gałek; P. Gil	Generator strugi syntetycznej	2025
3	R. Gałek; P. Gil; M. Korzeniowski; M. Markowicz; J. Wilk	Alternative experimental method in investigations of thermal diffusivity of 3D printing material	2025
4	E. Chmiel-Szukiewicz; P. Cieciński; M. Drajewicz; J. Pieniążek; T. Rogalski; R. Smusz; M. Szukiewicz	Fire Test of an Equipment for Hydrogen Powered Aircraft	2024
5	J. Wilk	Pomiar masy, objętości, gęstości oraz strumienia przepływu substancji	2024
6	P. Bałon; B. Kiełbasa; E. Rejman; R. Smusz; G. Szeliga	Research on welding processes of multi-node aircraft frames and methods for their control	2024
7	P. Bałon; B. Kiełbasa; E. Rejman; R. Smusz; G. Szeliga	The Process of Bending Pipes for Components of Aircraft Frames and Trusses	2024
8	P. Bałon; B. Kiełbasa; M. Kloc; E. Rejman; R. Smusz; A. Szęszoł	Proces dynamicznej selekcji materiałów metalicznych wraz z ich konsolidacją	2024
9	P. Gil; E. Smyk; J. Wilk	Time-Averaged Parameters of the Circular Synthetic Jet for Different Dimensionless Stroke Length	2024
10	R. Gałek	Wyznaczanie wykładnika adiabaty	2024
11	R. Gałek; J. Wilk	Investigations of the specific heat capacity of selected heterogeneous materials	2024
12	R. Gałek; P. Gil	Radiator lampy LED	2024
13	R. Gałek; R. Smusz	Właściwości przemiany fazowej ciecz — gaz	2024
14	M. Kmiotek; R. Smusz	Effect of thin obstacles heights on heat transfer and flow characteristics in microchannels	2023
15	P. Bałon; B. Kiełbasa; E. Rejman; R. Smusz	Research on the impact of various coating types on parts wear of certain injection pump elements	2023
16	P. Bałon; B. Kiełbasa; Ł. Kowalski; R. Smusz	Thermal Performance of the Thermal Storage Energy With Phase Change Material	2023
17	P. Bałon; M. Bembenek; B. Kiełbasa; W. Koszela; E. Rejman; R. Smusz	The Influence of Structuring Surfaces and Slide Burnishing on Tribological Properties	2023
18	P. Bałon; M. Bembenek; B. Kiełbasa; Ł. Kowalski; E. Rejman; R. Smusz	Experimental and Numerical Characterizataion of Thermal Bridges in Windows	2023
19	P. Cichosz; M. Drajewicz; M. Góral; A. Majka; W. Nowak; J. Sęp; R. Smusz	Design of Newly Developed Burner Rig Operating with Hydrogen Rich Fuel Dedicated for Materials Testing	2023
20	R. Filip; R. Smusz; J. Wilk	Experimental investigations on thermal diffusivity of heterogeneous materials	2023
21	R. Gałek; J. Wilk	Badania ciepła właściwego materiałów niejednorodnych	2023
22	S. Grosicki; J. Wilk	Mass/heat transfer analogy method in the research of convective fluid flow through channels with a specific geometry	2023
23	P. Bałon; B. Kiełbasa; E. Rejman; R. Smusz	Comparison of the open and closed profile in the PVC profiles of a window frame	2022
24	P. Bałon; B. Kiełbasa; E. Rejman; R. Smusz	Experimental tests of window joinery in the scope of meeting technical requirements	2022
25	P. Bałon; B. Kiełbasa; E. Rejman; R. Smusz	Influence of the shape of reinforcing window profiles on the strength and torsional stiffness of windows	2022
26	P. Bałon; B. Kiełbasa; E. Rejman; R. Smusz	Operational tests of a distributor injection pump	2022
27	P. Bałon; B. Kiełbasa; E. Rejman; R. Smusz	Research on the influence of machining parameters in HSC technology in the automotive industry	2022
28	P. Bałon; B. Kiełbasa; E. Rejman; R. Smusz	Using HSM Technology in Machining of Thin-Walled Aircraft Structures	2022
29	P. Bałon; B. Kiełbasa; E. Rejman; R. Smusz; G. Szeliga	Experimental studies of thin-walled aircraft structures	2022
30	P. Bałon; B. Kiełbasa; E. Rejman; R. Smusz; G. Szeliga	The use of thin-walled milling in the technological production processes of aviation structural elements	2022
31	P. Bałon; B. Kiełbasa; S. Noga; E. Rejman; R. Smusz; J. Szostak	Analytical and Numerical Analysis of Injection Pump (Stepped) Shaft Vibrations Using Timoshenko Theory	2022
32	P. Bałon; B. Kiełbasa; Ł. Kowalski; R. Smusz	Case Study on the Influence of Forming Parameters on Complex Shape Part Deformation	2022
33	P. Bałon; E. Geurts; B. Kiełbasa; E. Rejman; R. Smusz; G. Szeliga	Stability analysis of high speed cutting in application to aluminum alloys	2022
34	R. Gałek; P. Gil; P. Kucharski; M. Markowicz; S. Smoleń; J. Wilk	Experimental Investigations of the LED Lamp with Heat Sink Inside the Synthetic Jet Actuator	2022
35	R. Gałek; P. Gil; Ł. Przeszłowski; E. Smyk	Comparison of the Axial Fan and Synthetic Jet Cooling Systems	2022
36	S. Grosicki; J. Wilk	Mass/heat transfer analogy in convective fluid flow through the annular channel	2022
37	S. Grosicki; R. Smusz; J. Wilk	Mass/Heat Transfer Analogy Method in the Research on Convective Fluid Flow through a System of Long Square Mini-Channels	2022
38	M. Markowicz; E. Smyk; J. Wilk	Synthetic Jet Actuators with the Same Cross-Sectional Area Orifices-Flow and Acoustic Aspects	2021
39	M. Markowicz; R. Smusz; E. Smyk	Experimental study of the LED lamp	2021
40	P. Gil; J. Wilk	Experimental Investigations of Different Loudspeakers Applied as Synthetic Jet Actuators	2021
41	P. Gil; M. Korzeniowski; J. Wilk	Helmholtz Resonance Frequency of the Synthetic Jet Actuator	2021
42	R. Gałek; P. Gil; Ł. Przeszłowski; E. Smyk	Thermal, flow and acoustic characteristics of the heat sink integrated inside the synthetic jet actuator cavity	2021
43	U. Florek; P. Gil; R. Smusz; M. Szewczyk	Urządzenie do oczyszczania obiektów ruchomych, zwłaszcza do osuszania lub odladzania oraz sposób sterowania tym urządzeniem	2021
44	W. Frącz; G. Janowski; R. Smusz; M. Szumski	The Influence of Chosen Plant Fillers in PHBV Composites on the Processing Conditions, Mechanical Properties and Quality of Molded Pieces	2021
45	H. Attariani; R. Gałek; W. Wang	A thermodynamically-consistent multi-physics framework for crystallization of phase-change material	2020
46	J. Wilk	Heat/mass transfer analogy in the case of convective fluid flow through minichannels	2020
47	N. Bałon; P. Bałon; J. Cieślik; B. Kiełbasa; Ł. Kowalski; E. Rejman; R. Smusz; J. Szostak; A. Świątoniowski	Zastosowanie cienkościennych konstrukcji integralnych w lotnictwie na przykładzie projektu SAT-AM	2020
48	P. Bałon; B. Kiełbasa; Ł. Kowalski; E. Rejman; R. Smusz; J. Szostak; A. Świątoniowski	Stress Concentration Analysis of the Injection Pump Shaft	2020
49	P. Bałon; J. Cieślik; B. Kiełbasa; Ł. Kowalski; E. Rejman; R. Smusz; J. Szostak; A. Świątoniowski	Thin-walled Integral Constructions in Aircraft Industry	2020
50	P. Bałon; J. Cieślik; B. Kiełbasa; Ł. Kowalski; E. Rejman; R. Smusz; J. Szostak; A. Świątoniowski; J. Wilk	Thermal Stratification in the Storage Tank	2020
51	P. Bałon; J. Cieślik; Ł. Halama; B. Kiełbasa; T. Lach; M. Lesiński; D. Łajczak; E. Rejman; R. Smusz	Process of manufacturing a tailpipe shape by cold forming in automotive industry	2020
52	P. Gil; J. Wilk	Heat transfer coefficients during the impingement cooling with the use of synthetic jet	2020
53	R. Gałek; J. Wilk	Numerical simulation of air flow in needle-to-cylinder electrohydrodynamic device	2020
54	R. Gałek; P. Gil; M. Szewczyk; F. Wolańczyk	Urządzenia energetyczne: laboratorium	2020
55	R. Gałek; P. Gil; R. Smusz; J. Wilk	Centerline heat transfer coefficient distributions of synthetic jets impingement cooling	2020
56	R. Gałek; P. Gil; Ł. Przeszłowski; E. Smyk	Acoustic and Flow Aspects of Novel Synthetic Jet Actuator	2020
57	T. Bednarczyk; G. Chmiel; R. Filip; R. Smusz; J. Wilk	Experimental investigations on graphene oxide/rubber composite thermal conductivity	2020
58	W. Rybiński; M. Tychanicz-Kwiecień; J. Wilk	Zagadnienia wymiany ciepła i przepływów w minikanałowych wymiennikach ciepła	2020