Cel kształcenia i wykaz literatury

Główny cel kształcenia: Zapoznanie studentów z zagadnieniami przepływowymi w układzie krwionośnym, w układzie oddechowym praz innych układach przepływowych płynów biologicznych celem wyjaśnienia fizycznych podstaw działania. Wyjaśnienie efektu wpływu mikrostruktury na własności reologiczne płynów. Pozyskani wiedzy teoretycznej w dziedzinie Mechaniki Płynów i umiejętności jej stosowania w obliczeniowej mechanice plynów w aspekcie wykorzystania w biomechanice oraz inzynierii ukladów przeplywowych biopłynów czlowieka. Zapoznanie się z podstawowymi technikami pomiarowymi.

Ogólne informacje o zajęciach: Moduł mechanika płynów biologicznych zawiera treści służące rozszerzeniu wiedzy w zakresie fizycznych podstaw działania układów przepływowych człowieka (np. oddechowego, krwionośnego) w aspekcie wytłumaczenia podstaw prawidłowego ich działania oraz zaburzeń. Przedstawiona zostanie również charakteryzacja płynów biologicznych człowieka i metodologia ich modelowania.

Wykaz literatury, wymaganej do zaliczenia zajęć

Literatura wykorzystywana podczas zajęć wykładowych

1	K. Chandram A.Yogantan S. Rittgers	Biofluid Mechanics,	CRC PRESS.	2007
2	A. Kucaba-Piętal	Mikromechanika płynów biologicznych, rozdzial [w:] Biomechanika, red. R. Będziński	Seria Mechanika Techniczna PAN, IPPT PAN,Warszawa, ISBN 978-83-89687-61-6.	2011

Literatura wykorzystywana podczas zajęć ćwiczeniowych/laboratoryjnych/innych

1

Golebiewski, łuczywek Walicki

Zbior Zadan z Mechaniki Plynów, wyd XIV

PWN.

2005

Literatura do samodzielnego studiowania

1

David A. Rubenstein, Wei Yin and Mary D. Frame

An Introduction to Fluid Mechanics, Macrocirculation, and Microcirculation

Elsevier.

2016

Wymagania wstępne w kategorii wiedzy/umiejętności/kompetencji społecznych

Wymagania formalne: Student zarejestrowany na semestr pierwszy

Wymagania wstępne w kategorii Wiedzy: Matematyka: rachunek różniczkowy i całkowy, rachunek wektorowy, Podstawy fizyki (mechaniki)

Wymagania wstępne w kategorii Umiejętności: student ma umiejętnosc pozyskiwania nowej wiedzy, analitycznego myslenia oraz formulowania samodzielnych wniosków. Potrafi pozyskiwać informacje z literatury,

Wymagania wstępne w kategorii Kompetencji społecznych: Student rozumie potrzebę ciągłego dokształcania się, potrafi współpracować w grupie z innymi.

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
01	Zna podstawowe modele reologiczne płynów biologicznych oraz podstawowe techniki pomiaru prędkości, lepkości i wydatku płynu. Zna metody transportu płynu w organizmie człowieka: dyfuzja, konwekcja, dyfuzja pędu oraz przyczyny takiego zróżnicowania.	wykład,, laboratorium	sprawdzian pisemny, raport pisemny	K_W05+ K_U03+ K_K05+	P7S_KK P7S_KR P7S_UW P7S_WG
02	Student/ka zna prawo Hagena-Poisuillea opisujące natężenie przepływu lepkiego w przewodzie sztywnym. Potrafi określić straty ciśnienia przez prostoliniowy odcinek tetnicy	wykład, laboratorium	sprawdzian pisemny, raport pisemny	K_W05+ K_U03+ K_K05+	P7S_KK P7S_KR P7S_UW P7S_WG
03	Student zna zjawiska występujące podczas przepływu krwi przez rozgałęzienia i przewężenia, Zna metodę analizy przepływu pulsacyjnego krwi. potrafi wyznaczyć profil prędkości w pulsacyjnym przepływie krwi.	wykład, laboratorium, realizacja zleconego zadania	sprawdzian pisemny	K_W05+ K_U03+ K_K05+	P7S_KK P7S_KR P7S_UW P7S_WG
04	Prawidłowo identyfikuje zjawiska zachodzące przy pracy serca. Umie wykonać obliczenia dotyczace potrzebnej mocy do utrzymania okreslonego cisnienia. Zna zasade działania "sztucznego serca".	wykład, laboratorium	raport pisemny, sprawdzian pisemny	K_W05+ K_U03+ K_K05+	P7S_KK P7S_KR P7S_UW P7S_WG
05	Rozumie różnice jakościowe pomiędzy zjawiskami zachodzącymi w przepływach ściśliwych i nieścisliwych oraz w przeływie podkrytyczym i nadkrytycznym. Umie wykonać proste obliczenia dla jednowymiarowych przepływów gazu w przewodach o zmiennym przekroju. wie na czym polega działanie układu oddechowego czlowieka oraz "sztucznego pluca".	wykład,	sprawdzian pisemny	K_W05+ K_U03+ K_K05+	P7S_KK P7S_KR P7S_UW P7S_WG
06	Potrafi określić różnice miedzy przepływami laminarnymi i turbulentnymi. Zna przyczyny powodujące powstawanie turbulencji oraz zawirowań i umie zidentyfikować czynniki mające wpływ na jej wartość.	wykład	sprawdzian pisemny	K_U03+	P7S_UW

Uwaga: W zależności od sytuacji epidemicznej, jeżeli nie będzie możliwości weryfikacji osiągniętych efektów uczenia się określonych w programie studiów w sposób stacjonarny w szczególności zaliczenia i egzaminy kończące określone zajęcia będą mogły się odbywać przy użyciu środków komunikacji elektronicznej (w sposób zdalny).

Treści kształcenia dla zajęć

Sem.	TK	Treści kształcenia	Realizowane na	MEK
1	TK01	Przegląd płynów i układów przepływowych człowieka ich rola zadaniowa Właściwości fizyczne i reologiczne wybranych płynów biologicznych: np. krwi, mazi stawowej. Wpływ mikrostruktury na właściwości reologiczne i powiązanie z jednostkami chorobowymi. Sztuczne płyny biologiczne. omówienie układów płynowych człowieka.	Wo1, Wo2, L01, L02	MEK01
1	TK02	Charakteryzacja rodzaju transportu biopłynów w organizmie człowieka. Podstawowe prawa fizyki opisujące transport biopłynów: Prawo Ficka (przepływy w układzie oddechowym), równanie konwekcji i dyfuzji, zasada zachowania pędu ( przepływ w układzie krwionośnym, moczowym).Równania Naviera Stokesa opisujące ruch płynów lepkich. Bezwymiarowa postać równań ruchu płynu lepkiego. Analiza przepływu ustalonego wybranych płynów biologicznych	W01, W02, W03, L01, L02, L03	MEK02
1	TK03	Przepływy w układzie krwionośnym. Serce jako pompa dwukomorowa. przepływy przez rozgałęzienia i przewężenia. Właściwości przepływu krwi w dużych i małych naczyniach krwionośnych ( lepkość, prędkość) Wydajność i moc serca. Działanie pompy przepływowej w układzie przepływowym. Serce jako pompa w układzie krwionośnym. Charakterystyka pompy. Działanie pulsometru. Zasada działania „sztucznego serca” Robin. Modelowanie przepływu krwi przez serce.	W03, W04, W05, L03, L04	MEK03 MEK04
1	TK04	Analiza pulsacyjnego przepływu krwi w dużych naczyniach krwionośnych. Wyznaczanie funkcji opisującej zmiany ciśnienia w pulsacyjnym przepływie krwi przez aortę. Fala tętna. Właściwości mechaniczne żył i tętnic. Przepływy pulsacyjne w rurociągach. Przepływ pulsacyjny w układzie krwionośnym. Naprężenia na ściankach. Fala tętna. Rola zadaniowa budowy ścianek naczyń układu krwionośnego. Tętniaki - występowanie i metody leczenia.	W04, W05, W06, L05, L06, L07	MEK05 MEK06
1	TK05	Biofizyka układu oddechowego. Procesy dyfuzji. Prawa Ficka. Mechanizm wentylacji płuc. Budowa, mechanika i działanie układu oddechowego. Działanie respiratorów oraz sztucznego płuca. Spirometria.	W07,W08,L07,	MEK05
1	TK06	Układ wydalniczy- podstawy filtracji – działanie nerek. Zasada działania dializatora. Smarowanie w biołożyskach - problematyka biosmarowania w stawie biodrowym. Rola chrząstki. Wpływ chorób oraz uszkodzeń na biosmarowanie. Zadaniowa rola chrząstki.	W07	MEK01
1	TK07	Znaczenie obliczeniowej mechaniki płynów biologicznych w medycynie. Podstawy obliczeniowej mechaniki płynów. podstawy modelowania numerycznego przepływu w solverze Ansys fluent. Stosowalność modeli lepkości oraz turbulencji. Przykłady : Modelowanie przepływu krwi w obecności tętniaka oraz przy protezowaniu stenem naczynia krwionośnego.	W03, W04, W05	MEK06

Nakład pracy studenta

Forma zajęć	Praca przed zajęciami	Udział w zajęciach	Praca po zajęciach
Wykład (sem. 1)	Przygotowanie do kolokwium: 4.00 godz./sem.	Godziny kontaktowe: 30.00 godz./sem.	Uzupełnienie/studiowanie notatek: 2.00 godz./sem. Studiowanie zalecanej literatury: 2.00 godz./sem.
Laboratorium (sem. 1)	Przygotowanie do laboratorium: 15.00 godz./sem. Przygotowanie do kolokwium: 10.00 godz./sem.	Godziny kontaktowe: 15.00 godz./sem.	Dokończenia/wykonanie sprawozdania: 15.00 godz./sem.
Konsultacje (sem. 1)
Egzamin (sem. 1)	Przygotowanie do egzaminu: 8.00 godz./sem.	Egzamin pisemny: 1.00 godz./sem.

Sposób wystawiania ocen składowych zajęć i oceny końcowej

Forma zajęć	Sposób wystawiania oceny podsumowującej
Wykład	ocena na podstawie testu sprawdzającego znajomość podstawowych wiadomości
Laboratorium	średnia ocen z wszystkich wejściówek oraz sprawozdań
Ocena końcowa	średnia sumy ocen: Ocena z laboratorium z wagą 0,4. + Ocena z wykładu z wagą 0,6.

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	A. Kucaba-Piętal	Perspektywy rozwoju nanofluidyki i systemów nanofluidycznych	2023
2	A. Kucaba-Piętal; K. Marzec	Układ chłodzenia powierzchni połączonych ze sobą pod kątem rozwartym	2021
3	A. Kucaba-Piętal	Flows in Nanochannels	2020
4	A. Kucaba-Piętal; K. Marzec	Układ chłodzenia płaskich elementów turbin silników lotniczych	2019
5	A. Kucaba-Piętal; M. Żyłka	Urządzenie do rehabilitacji kończyn dolnych	2019