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 i pomiary laboratoryjne wykonywane m.in. na stanowiskach służących celom naukowym, 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
01	Posiada pogłębioną wiedzę oraz możliwość zrozumienia zjawisk, prowadzenia podstawowych obliczeń i wykonywania podstawowych pomiarów w zakresie tematyki przedstawionej w module.	wykład	Obowiązkowa obecność i czynny udział w śledzeniu toku rozumowania. Egzamin pisemny.	K_W02+++ K_U01++	P7S_UW P7S_WG
02	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	test pisemny	K_W02++ K_W04+++	P7S_WG
03	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
04	Wykonuje pomiary wybranych wielkości fizycznych istotnych w wymianie ciepła i ocenia wielkość ich niepewności, posiada umiejętność prowadzenia badań naukowych.	laboratorium	Obowiązkowa obecność, sprawdzenie stopnia przygotowania i czynny udział w przeprowadzeniu pomiaru. Sporządzenie sprawozdania i zaliczenie każdego z ćwiczeń laboratoryjnych.	K_U07++ K_U08++ K_K03++	P7S_KO P7S_KR P7S_UW
05	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	test pisemny	K_U06++ K_U07++ K_K03++	P7S_KO P7S_KR 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	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	MEK02
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	MEK03
1	TK04	1. Pomiar gęstości strumienia ciepła - ścianka pomocnicza. Konwekcja swobodna na rurze - badania współczynnika przejmowania ciepła. 2. Wyznaczanie współczynnika wymiany masy / ciepła metodą prądów granicznych - techniką elektrolityczną	L01-L02	MEK04
1	TK05	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.	L03-L07	MEK05

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 MEK03. 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	Ocena z części zajęć laboratoryjnych obejmujących MEK04 wystawiana jest na podstawie oceny wykonanych przez studenta sprawozdań. Ocena z części zajęć laboratoryjnych obejmujących MEK05 jest oceną z testu pisemnego dotyczącego zagadnień zawartych w MEK05 i MEK02. Punktacja testu: 0-6 pkt: 2.0, 7-8 pkt: 3.0, 9-10 pkt: 3.5, 11-12 pkt: 4.0, 13-14 pkt: 4.5, 15-16 pkt: 5.0.
Ocena końcowa	Ocena końcowa jest średnią ważoną: ocena za wykład z wagą 40%, ocena za ćwiczenia z wagą 30% i ocena za laboratorium z wagą 30%.

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. Gil; E. Smyk; J. Wilk	Time-Averaged Parameters of the Circular Synthetic Jet for Different Dimensionless Stroke Length	2024
2	R. Gałek; P. Gil	Radiator lampy LED	2024
3	R. Filip; R. Smusz; J. Wilk	Experimental investigations on thermal diffusivity of heterogeneous materials	2023
4	R. Gałek; J. Wilk	Badania ciepła właściwego materiałów niejednorodnych	2023
5	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
6	R. Gałek; P. Gil; Ł. Przeszłowski; E. Smyk	Comparison of the Axial Fan and Synthetic Jet Cooling Systems	2022
7	S. Grosicki; J. Wilk	Mass/heat transfer analogy in convective fluid flow through the annular channel	2022
8	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
9	M. Markowicz; E. Smyk; J. Wilk	Synthetic Jet Actuators with the Same Cross-Sectional Area Orifices-Flow and Acoustic Aspects	2021
10	P. Gil; J. Wilk	Experimental Investigations of Different Loudspeakers Applied as Synthetic Jet Actuators	2021
11	P. Gil; M. Korzeniowski; J. Wilk	Helmholtz Resonance Frequency of the Synthetic Jet Actuator	2021
12	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
13	H. Attariani; R. Gałek; W. Wang	A thermodynamically-consistent multi-physics framework for crystallization of phase-change material	2020
14	J. Wilk	Heat/mass transfer analogy in the case of convective fluid flow through minichannels	2020
15	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
16	P. Gil; J. Wilk	Heat transfer coefficients during the impingement cooling with the use of synthetic jet	2020
17	R. Gałek; J. Wilk	Numerical simulation of air flow in needle-to-cylinder electrohydrodynamic device	2020
18	R. Gałek; P. Gil; M. Szewczyk; F. Wolańczyk	Urządzenia energetyczne: laboratorium	2020
19	R. Gałek; P. Gil; R. Smusz; J. Wilk	Centerline heat transfer coefficient distributions of synthetic jets impingement cooling	2020
20	R. Gałek; P. Gil; Ł. Przeszłowski; E. Smyk	Acoustic and Flow Aspects of Novel Synthetic Jet Actuator	2020
21	T. Bednarczyk; G. Chmiel; R. Filip; R. Smusz; J. Wilk	Experimental investigations on graphene oxide/rubber composite thermal conductivity	2020
22	W. Rybiński; M. Tychanicz-Kwiecień; J. Wilk	Zagadnienia wymiany ciepła i przepływów w minikanałowych wymiennikach ciepła	2020
23	P. Gil; M. Tychanicz-Kwiecień; J. Wilk	Review of High-Temperature Thermal Insulation Materials	2019
24	R. Gałek; P. Gil; A. Mazur; M. Tychanicz-Kwiecień	Wpływ ożebrowania rury na warunki wymiany ciepła przy konwekcji swobodnej w powietrzu	2019
25	R. Gałek; P. Strzelczyk	Velocity profiles of an electrohydrodynamic flow generator: CFD and experiment	2019
26	R. Smusz; J. Wilk	Liczby kryterialne w charaktersytyce wężownicowego wymiennika ciepła	2019
27	S. Grosicki; J. Wilk	Research difficulties in mass/heat transfer investigations with regard to compact mini-heat exchanger	2019