Karta przedmiotu

Termodynamika i wymiana ciepła

Podstawowe informacje o zajęciach

Cykl kształcenia:

2022/2023

Nazwa jednostki prowadzącej studia:

Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa

Nazwa kierunku studiów:

Clean Energy

Obszar kształcenia:

nauki ścisłe/techniczne

Profil studiów:

ogólnoakademicki

Poziom studiów:

drugiego stopnia

Forma studiów:

stacjonarne

Specjalności na kierunku:

Hydrogen, biofuels and clean transpotration, Solar energy and heat pumps

Tytuł otrzymywany po ukończeniu studiów:

Magister

Nazwa jednostki prowadzącej zajęcia:

Zakład Termodynamiki

Kod zajęć:

16271

Status zajęć:

obowiązkowy dla programu Hydrogen, biofuels and clean transpotration, Solar energy and heat pumps

Układ zajęć w planie studiów:

sem: 1 / W30 C30 L30 / 6 ECTS / E

Język wykładowy:

angielski

Imię i nazwisko koordynatora 1:

mgr inż. Maria Tychanicz-Kwiecień

Imię i nazwisko koordynatora 2:

dr hab. inż. prof. PRz Joanna Wilk

Cel kształcenia i wykaz literatury

Główny cel kształcenia:
The objective of this course is to gaing a knowledge on thermodynamics and heat transfer in relation to applications in issues of clean energy.

Ogólne informacje o zajęciach:

Materiały dydaktyczne:
Instructions for laboratory experiments

Wykaz literatury, wymaganej do zaliczenia zajęć

Literatura wykorzystywana podczas zajęć wykładowych
1	Y. A. Cengel	Introduction to thermodynamics and heat transfer	Mc Graw Hill.	2008
2	J.P. Holman	Heat transfer	Mc Graw Hill Book Company.	1992

Literatura wykorzystywana podczas zajęć ćwiczeniowych/laboratoryjnych/innych
1	Y. A. Cengel	Introduction to thermodynamics and heat transfer	-.	2008
2	Çengel Y. A.	Heat and mass transfer : a practical approach	Boston : McGraw-Hill.	2007

Wymagania wstępne w kategorii wiedzy / umiejętności / kompetencji społecznych

Wymagania formalne:

Wymagania wstępne w kategorii Wiedzy:
Mathematics, Physics

Wymagania wstępne w kategorii Umiejętności:

Wymagania wstępne w kategorii Kompetencji społecznych:

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	Student has a fundamental knowledge on thermodynamics and heat transfer in relation to applications in issues of clean energy	wykład, ćwiczenia rachunkowe, laboratorium	egzamin cz. pisemna	K-W03+++ K-W07+++ K-U01+ K-U05+ K-U09+	P7S-UK P7S-UU P7S-UW P7S-WG
MEK02	Rozwiązuje podstawowe zadania o tematyce zamieszczonej w module, dobiera właściwe zależności do wykorzystania w obliczeniach, wykorzystuje efektywnie własne notatki z wykładów i inne pomoce.	ćwiczenia rachunkowe	kolokwium, egzamin cz. rachunkowa, obserwacja wykonawstwa	K-W03+ K-W07++ K-U01+ K-U03+++ K-U04+ K-U05++ K-U06+	P7S-UK P7S-UU P7S-UW P7S-WG
MEK03	Objaśnia zasadę pomiaru, wykonuje pomiary wybranych wielkości fizycznych istotnych w termodynamice i wymianie ciepła oraz ocenia wielkość ich niepewności.	laboratorium	sprawdzian pisemny, raport pisemny	K-U01+ K-U04++ K-U08++	P7S-UK P7S-UO P7S-UU P7S-UW

Treści kształcenia dla zajęć

Sem.	TK	Treści kształcenia	Realizowane na	MEK
1	TK01	1. Heat conduction - Fourier's law. Transient heat transfer equation with internal heat sources in single and multiple spatial dimensions in different coordinate systems and special cases. Thermal conductivity of materials. 2. Heat convection. Critical diameter of insulation. 3. Two-dimensional heat cnduction. Form factors. 4. Heat transfer by fins. 5. Transient heat conduction - lumped system with accumulation. Transient heat transfer - Heisler's and Grober's plots.. 6. Forced convection - Newton's law, Bernoulli's equation for the inviscid flow and the energy equation for compressible flow. Thermal and hydraulic boundary layer. 7. The theory of similarity Criterion numbers. 8. Forced convection in channels. 9. Natural convection. Grashof number, solution for the Nusselt number, examples of empirical correlations. 10. Heat radiation: physical mechanism, properties of bodies, Stefan-Boltzman law, Kirchhoff's identity, Planck's law, Wien's law, grey bodies. Form factors in radiation. 11. Heat exchangers: types, design problems. 12. Mass transfer.	W01-W30	MEK01
1	TK02	1. Steady heat conduction in flat and cylindrical walls. 2. Steady heat transfer in flat and cylindrical walls. 3. Steady heat transfer with fins. 4. Transient heat transfer in lumped system and half-space. 5. Forced convection without phase-change. 6. Free convection without phase-change. 7. Thermal radiation.	C01-C30	MEK02
1	TK03	Introduction to measurement uncertainty The determination of the dependency between boiling point of water and pressure The determination of the enthalpy of evaporation (condensation) of water The indication of a piston compressor. The analysis of indicator diagrams The study of the dependence of rheological properties of liquids on temperature The determination of the calorific value of gaseous and liquid fuels The measurement of thermal conductivity of solids by means od plate and tubular apparatus The measurement of heat transfer coefficient in free convection on pipe The determination of thermal diffusivity with the ordered state method The experimental determination of heat transfer coefficient under transient heat transfer condition in a solid body The measurement of heat losses through building partitions using an auxiliary wall type meter	L01-L30	MEK03

Nakład pracy studenta

Forma zajęć	Praca przed zajęciami	Udział w zajęciach	Praca po zajęciach
Wykład (sem. 1)		Godziny kontaktowe: 30.00 godz./sem.	Uzupełnienie/studiowanie notatek: 5.00 godz./sem. Studiowanie zalecanej literatury: 5.00 godz./sem.
Ćwiczenia/Lektorat (sem. 1)	Przygotowanie do ćwiczeń: 5.00 godz./sem. Przygotowanie do kolokwium: 5.00 godz./sem.	Godziny kontaktowe: 30.00 godz./sem.
Laboratorium (sem. 1)	Przygotowanie do laboratorium: 10.00 godz./sem. Przygotowanie do kolokwium: 5.00 godz./sem.	Godziny kontaktowe: 30.00 godz./sem.	Dokończenia/wykonanie sprawozdania: 5.00 godz./sem.
Konsultacje (sem. 1)	Przygotowanie do konsultacji: 5.00 godz./sem.	Udział w konsultacjach: 5.00 godz./sem.
Egzamin (sem. 1)	Przygotowanie do egzaminu: 10.00 godz./sem.	Egzamin pisemny: 1.00 godz./sem.

Sposób wystawiania ocen składowych zajęć i oceny końcowej

Forma zajęć	Sposób wystawiania oceny podsumowującej
Wykład	Obecność na wykładach jest obowiązkowa i może być sprawdzana.
Ćwiczenia/Lektorat	Obecność na ćwiczeniach jest obowiązkowa. Nieusprawiedliwiona nieobecność będzie stanowić podstawę obniżenia końcowej oceny z ćwiczeń. Zajęcia ćwiczeniowe przeznaczone są na realizację MEK02 oraz sprawdzenie stopnia jego osiągnięcia. Do ćwiczeń student jest zobowiązany przygotować się z materiału według kolejności określonej w opisie TK2, lub wg wskazań prowadzącego. Podczas zajęć ćwiczeniowych studenci są proszeni o rozwiązywanie problemów przy tablicy - przygotowanie i sposób rozwiązywania zagadnień podlega ocenie. Na każdych, lub wskazanych przez prowadzącego, zajęciach ćwiczeniowych mogą być przeprowadzone kolokwia, w trakcie których należy rozwiązać zadania, obejmujące zagadnienia ćwiczone na wcześniejszych zajęciach. Kryteria oceny każdego z kolokwiów oraz kryteria oceny osiągniecia efektu MEK02 prowadzący zajęcia ćwiczeniowe omawia na pierwszych zajęciach. Zaliczenie ćwiczeń wymaga osiągnięcia minimum zakładanych efektów MEK02 i oceniane jest na podstawie średniej ważonej z ocen uzyskanych w trakcie zajęć ćwiczeniowych lub poprzez ocenę sumarycznej ilości punktów uzyskanych w tracie zajęć ćwiczeniowych.
Laboratorium	Obecność na laboratoriach jest obowiązkowa. W przypadku nieobecności obowiązuje odrobienie zaległego ćwiczenia laboratoryjnego z inną grupą. W trakcie zajęć laboratoryjnych sprawdzane jest realizacja efektu kształcenia MEK03 oraz wybranych zagadnień z zakresu MEK01 zgodnie z tematyką treści kształcenia TK03. Wykonanie ćwiczenia jest poprzedzane kontrolą stopnia opanowania wiadomości teoretycznych, przypadających na dane ćwiczenie. Do ćwiczeń laboratoryjnych student jest zobowiązany przygotować się z materiału, którego zakres odpowiada treści kształcenia od TK03 przyporządkowanych do zajęć laboratoryjnych od L01 do L30 i zdefiniowanych w harmonogramie podanym na pierwszym zajęciach lub przez prowadzącego ćwiczenia laboratoryjne na poprzedzających zajęciach. Przygotowanie do ćwiczeń może być sprawdzone przed ćwiczeniem w formie kilkuminutowego sprawdzianu (od 1 do 10 pytań opisowych lub testowych) lub ustnego odpytywania sprawdzających realizacje efektów kształcenia MEK01, MEK03. Zaliczenie sprawdzianu wymaga uzyskania minimum 40% punktów. Ocenę maksymalną uzyskać można od minimum 85% punktów, a pomiędzy 55% i 85% punktów stosowana jest skala liniowa. Rażąca niewiedza może skutkować niedopuszczeniem do ćwiczenia. Każdy sprawdzian musi być zaliczony, a każde laboratorium odrobione. Z każdego ćwiczenia student zobowiązany jest sporządzić sprawozdanie służące do oceny realizacji modułowego efektu kształcenia MEK03, którego zakres określa prowadzący po wykonaniu ćwiczenia. Sprawozdanie zostanie przyjęte, jeżeli będzie poprawne pod względem formalnym, a jego zawartość merytoryczna zostanie przedstawiona w zadowalający sposób. Sprawozdanie jest oceniane i możne skorygować punktację ze sprawdzianu. Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych nastąpi po zaliczeniu wszystkich sprawdzianów i oddaniu wszystkich sprawozdań. Ocena końcowa z zaliczenia zajęć laboratoryjnych jest średnią z wszystkich ocen uzyskanych w trakcie semestru.
Ocena końcowa	Egzamin składa z części testowej, rachunkowej a w koniecznych przypadkach również ustnej. W trakcie części testowej ocena osiągnięcia modułowych efektów kształcenia MEK01. W trakcie części rachunkowej dokonywana jest ocena osiągnięcia modułowych efektów kształcenia MEK02. Studenci rozwiązują jedno problemowe zadanie oceniane w skali od 0 do 20 punktów. Aby zaliczyć część rachunkową egzaminu należy uzyskać minimum 8 punktów, aby uzyskać ocenę maksymalną minimum 17 punktów, a pomiędzy 10 i 17 punktami stosowana jest skala liniowa. Zaliczenie części testowej i rachunkowej upoważnia do przystąpienia do części ustnej która jest obowiązkowa w przypadku gdy osiągnięcie przez studenta efektów kształcenia MEK01 - MEK02 jest wątpliwe lub gdy student kwestionuje uzyskaną ocenę. Ocena końcowa jest średnią ważoną wszystkich ocen z wagami odpowiednio: 25% część testowa egzaminu, 25% część rachunkowa egzaminu, 25% ćwiczenia i 25% laboratorium. Zaliczenie egzaminu w terminie poprawkowym obniża ocenę końcową o co najmniej pół stopnia.

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	R. Gałek; P. Gil; M. Korzeniowski; M. Markowicz; J. Wilk	Alternative experimental method in investigations of thermal diffusivity of 3D printing material	2025
2	J. Wilk	Pomiar masy, objętości, gęstości oraz strumienia przepływu substancji	2024
3	P. Gil; E. Smyk; J. Wilk	Time-Averaged Parameters of the Circular Synthetic Jet for Different Dimensionless Stroke Length	2024
4	P. Gil; M. Tychanicz-Kwiecień	Experimental investigation of thermal and flow characteristics of a prototype minichannel heat exchanger	2024
5	R. Gałek; J. Wilk	Investigations of the specific heat capacity of selected heterogeneous materials	2024
6	W. Rybiński; M. Tychanicz-Kwiecień	Experimental and statistical determination of thermal characteristics of the special design minichannel heat exchanger	2024
7	R. Filip; R. Smusz; J. Wilk	Experimental investigations on thermal diffusivity of heterogeneous materials	2023
8	R. Gałek; J. Wilk	Badania ciepła właściwego materiałów niejednorodnych	2023
9	S. Grosicki; J. Wilk	Mass/heat transfer analogy method in the research of convective fluid flow through channels with a specific geometry	2023
10	W. Rybiński; M. Tychanicz-Kwiecień	Badania eksperymentalne i analiza statystyczna minikanałowych wymienników ciepła z przepływami o małej liczbie Reynoldsa	2023
11	M. Tychanicz-Kwiecień	The application of the Wilson plot method to convective heat transfer – last achievements	2022
12	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
13	S. Grosicki; J. Wilk	Mass/heat transfer analogy in convective fluid flow through the annular channel	2022
14	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
15	M. Markowicz; E. Smyk; J. Wilk	Synthetic Jet Actuators with the Same Cross-Sectional Area Orifices-Flow and Acoustic Aspects	2021
16	P. Gil; J. Wilk	Experimental Investigations of Different Loudspeakers Applied as Synthetic Jet Actuators	2021
17	P. Gil; M. Korzeniowski; J. Wilk	Helmholtz Resonance Frequency of the Synthetic Jet Actuator	2021
18	S. Grosicki; M. Tychanicz-Kwiecień	Research methods in the study of heat transfer coefficient during flow in minichannels	2021
19	J. Wilk	Heat/mass transfer analogy in the case of convective fluid flow through minichannels	2020
20	M. Markowicz; M. Tychanicz-Kwiecień	Projekt i budowa stanowiska do wyznaczania współczynnika przewodzenia ciepła otulin izolacyjnych	2020
21	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
22	P. Gil; J. Wilk	Heat transfer coefficients during the impingement cooling with the use of synthetic jet	2020
23	R. Gałek; J. Wilk	Numerical simulation of air flow in needle-to-cylinder electrohydrodynamic device	2020
24	R. Gałek; P. Gil; R. Smusz; J. Wilk	Centerline heat transfer coefficient distributions of synthetic jets impingement cooling	2020
25	T. Bednarczyk; G. Chmiel; R. Filip; R. Smusz; J. Wilk	Experimental investigations on graphene oxide/rubber composite thermal conductivity	2020
26	W. Rybiński; M. Tychanicz-Kwiecień; J. Wilk	Zagadnienia wymiany ciepła i przepływów w minikanałowych wymiennikach ciepła	2020