Wprowadzenie do numerycznej mechaniki płynów

Nazwa przedmiotu:
Wprowadzenie do numerycznej mechaniki płynów
Introduction to Computational Fluid Dynamics
Kierunek:
Forma studiów:
stacjonarne
Kod przedmiotu: S4_3-10
Mechanika i Budowa Maszyn
Rodzaj przedmiotu:
Poziom przedmiotu:
obowiązkowy na specjalności:
Inżynieria cieplna i samochodowa
I stopnia
Rok: IV
Semestr: VII
Rodzaj zajęć:
Liczba godzin/tydzień:
Liczba punktów:
wykład, laboratorium
1W, 2L
4 ECTS
PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE
I KARTA PRZEDMIOTU
CEL PRZEDMIOTU
C1. Zapoznanie studentów z podstawowymi metodami numerycznymi stosowanymi w
mechanice płynów.
C2. Nabycie przez studentów praktycznych umiejętności programowania algorytmów
numerycznych rozwiązywania równań różniczkowych zwyczajnych i cząstkowych opisujących
zjawiska przepływowe.
WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCH KOMPETENCJI
1.
2.
3.
4.
Wiedza z zakresu mechaniki płynów.
Znajomość podstaw programowania w języku C
Umiejętność wykonywania działań matematycznych do rozwiązywania postawionych zadań.
Umiejętność korzystania z różnych źródeł informacji w tym z instrukcji i dokumentacji
technicznej.
5. Umiejętności pracy samodzielnej i w grupie.
6. Umiejętności prawidłowej interpretacji i prezentacji własnych działań.
EFEKTY KSZTAŁCENIA
EK 1 – zna podstawowe metody numeryczne jedno – i wielokrokowe dla równań różniczkowych
zwyczajnych pierwszego rzędu oraz ich układów,
EK 2 – zna podstawowe metody numeryczne analizy przepływów potencjalnych czynnika
nieściśliwego,
EK 3 – zna podstawy teoretyczne metody różnic skończonych oraz różnic kompaktowych,
EK 4 – potrafi zastosować metody numeryczne dla równań różniczkowych zwyczajnych do
rozwiązania układów równań ruchu dla prostych przypadków przepływowych,
EK 5 – potrafi zastosować metody odwzorowań konforemnych oraz metody panelowa do
rozwiązania prostych przypadków przepływów potencjalnych ,
EK 6 – potrafi zastosować metodę różnic skończonych dla równań różniczkowych cząstkowych
do analizy prostych przypadków przepływowych
EK 7 – potrafi przygotować sprawozdanie z przebiegu realizacji ćwiczeń.
1
TREŚCI PROGRAMOWE
Forma zajęć – WYKŁADY
W 1,2 – Wprowadzenie-równania różniczkowe zwyczajne, dyskretyzacja, klasyfikacja
metod numerycznych dla równań różniczkowych zwyczajnych, istnienie i
jednoznaczność rozwiązania
W 3 – metody jednokrokowe Runge-Kutty .
W 4 – metody wielokrokowe jawne i niejawne Adamsa-Bashfortha i Adamsa-Moultona.
W 5 – Stabilność i zbieżność metod numerycznych dla równań różniczkowych
zwyczajnych, układy równań różniczkowych zwyczajnych .
W 6 – Metody numeryczne dla przepływów potencjalnych, podstawowe własności
przepływu potencjalnego czynnika nieściśliwego.
W 7 – Metoda odwzorowań konforemnych, transformacja Żukowskiego
W 8,9 – Metody panelowe: źródłowa i wirowa.
W 10 – Podstawy metody różnic skończonych dla równań różniczkowych zwyczajnych.
W 11 – Wyprowadzenie formuła dla różnic skończonych dowolnego rzędu
aproksymujących pierwszą id rugą pochodną.
W 12 – Dyskretyzacja metodą różnic skończonych równania konwekcji dyfuzji, dyskusja
schematu „upwind”
W 13 – Metoda różnic kompaktowych.
W14,15 - Metody Laxa-Wendroffa i MacCormacka
Forma zajęć – LABORATORIUM
L 1,2,3 – Metody numeryczne analizy przykładowych równań różniczkowych
zwyczajnych.
L 4,5,6 – Rozwiązanie układu równań ruchu swobodnego spadku kuli w ośrodku lepkim .
L 7,8,9 – Rozwiązanie układu równań ruchu elastycznie skrzydła umocowanego skrzydła
w oscylującym strumieniu powietrza.
L 10,11 – Analiza transformacji Żukowskiego cyrkulacyjnego opływu walca do opływu
profilu lotniczego.
L 12,13 – Rozwiązanie opływu układu cylindrów przy pomocy źródłowej metody
panelowej.
L 14,15 – Rozwiązanie przy pomocy metody różnic skończonych równań opisujących
przepływ potencjalny w kanale o skomplikowanej geometrii.
Liczba
godzin
2
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
2
Liczba
godzin
3
3
3
2
2
2
NARZĘDZIA DYDAKTYCZNE
1. – wykład z wykorzystaniem prezentacji multimedialnych
2. – ćwiczenia laboratoryjne, opracowanie sprawozdań z realizacji przebiegu ćwiczeń
3. – pokaz procesów technologicznych
4. – instrukcje do wykonania ćwiczeń laboratoryjnych
5. – Oprogramowanie do wizualizacji wyników obliczeń
6. – Kompilator języka C/C++
2
SPOSOBY OCENY ( F – FORMUJĄCA, P – PODSUMOWUJĄCA)
F1. – ocena przygotowania do ćwiczeń laboratoryjnych
F2. – ocena umiejętności stosowania zdobytej wiedzy podczas wykonywania ćwiczeń
F3. – ocena sprawozdań z realizacji ćwiczeń objętych programem nauczania
F4. – ocena aktywności podczas zajęć
P1. – ocena umiejętności rozwiązywania postawionych problemów oraz sposobu prezentacji
uzyskanych wyników – zaliczenie na ocenę*
P2. – ocena opanowania materiału nauczania będącego przedmiotem wykładu - egzamin
*) warunkiem uzyskania zaliczenia jest otrzymanie pozytywnych ocen ze wszystkich ćwiczeń laboratoryjnych,
OBCIĄŻENIE PRACĄ STUDENTA
Forma aktywności
Godziny kontaktowe z prowadzącym
Średnia liczba godzin na
zrealizowanie aktywności
15W 30L  45h
Zapoznanie się ze wskazaną literaturą
25 h
Przygotowanie do ćwiczeń laboratoryjnych
15 h
Wykonanie sprawozdań z realizacji ćwiczeń laboratoryjnych
10 h
Konsultacje z prowadzącym
5h
Suma
SUMARYCZNA LICZBA PUNKTÓW ECTS
DLA PRZEDMIOTU
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje na zajęciach
wymagających bezpośredniego udziału prowadzącego
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o
charakterze praktycznym, w tym zajęć laboratoryjnych i
projektowych

100 h
4 ECTS
2,0 ECTS
2,2 ECTS
LITERATURA PODSTAWOWA I UZUPEŁNIAJĄCA
1. Bogusławski A., Tyliszczak A.: Introduction to Computational Fluid Dynamics, Wydawnictwo
Politechniki Częstochowskiej, 2010
2. Chow Ch-Y: Introduction to Computational Fluid Mechanics
3. Ferziger J.H, Peric.: Computational Methods for Fluid Dynamics, Springer, 1996
4. Hansen T.L.: C++ zadania i odpowiedzi, WNT, 1994
5. Prosnak W.J.: Wprowadzenie do numerycznej mechaniki płynów, Ossolineum, 1993
6. Stroustrup B.:Język C++, WNT, 1995
7. Wendt F.W.: Introduction to Computational Fluid Dynamics, Springer-Verlag, 1992.
PROWADZĄCY PRZEDMIOT ( IMIĘ, NAZWISKO, ADRES E-MAIL)
1. dr hab. inż. Andrzej Bogusławski [email protected]
3
MACIERZ REALIZACJI EFEKTÓW KSZTAŁCENIA
Efekt
kształcenia
EK1
EK2
EK3
EK4
EK5
EK6
EK7
Odniesienie
danego efektu do
efektów
zdefiniowanych
dla całego
programu (PEK)
K_W_D01
K_W_D10
K_U_D01
K_U_D04
K_U_D10
K_W_D01
K_W_D10
K_U_D01
K_U_D04
K_U_D10
K_W_D01
K_W_D10
K_U_D01
K_U_D04
K_U_D10
K_W_D01
K_W_D10
K_U_D01
K_U_D04
K_U_D10
K_U_D12
K_W_D01
K_W_D10
K_U_D01
K_U_D04
K_U_D10
K_U_D12
K_W_D01
K_W_D10
K_U_D01
K_U_D04
K_U_D10
K_U_D12
K_U_D02
K_U_D20
Cele
przedmiotu
Treści
programowe
Narzędzia
dydaktyczne
Sposób
oceny
C1
W1-5
1
P2
C1
W6-9
1
P2
C1
W10-15
1
P2
1-6
F1
F2
F3
F4
P1
1-6
F1
F2
F3
F4
P1
C1,C2
C1,C2
W1-5
L1-9
W6-9
L10-13
C1,C2
W10-15
L14,L15
1-6
F1
F2
F3
F4
P1
C2
L1-L15
1-7
F3
4
II. FORMY OCENY - SZCZEGÓŁY
Efekty
kształcenia
EK1, EK2, EK3
Student opanował
wiedzę z zakresu
podstaw metod
numerycznych
stosowanych w
mechanice płynów
EK4, EK5, EK6
Student posiada
umiejętności
stosowania wiedzy
w rozwiązywaniu
prostych problemów
przepływowych
EK7
Student potrafi
efektywnie
prezentować
i dyskutować wyniki
własnych działań
Na ocenę 2
Na ocenę 3
Na ocenę 4
Na ocenę 5
Student nie
opanował
podstawowej wiedzy
z zakresu podstaw
metod
numerycznych
stosowanych w
mechanice płynów
Student częściowo
opanował wiedzę z
zakresu podstaw
metod
numerycznych
stosowanych w
mechanice płynów
Student opanował
wiedzę z zakresu
podstaw metod
numerycznych
stosowanych w
mechanice płynów,
rozumie problemy
wynikając e
dyskretyzacji równań
mechaniki płynów
Student bardzo
dobrze opanował
wiedzę z zakresu
materiału objętego
programem
nauczania,
samodzielnie
zdobywa i poszerza
wiedzę przy użyciu
różnych źródeł
Student nie potrafi
zapisać algorytmu
metody w języku
programowania
Student nie potrafi
wykorzystać zdobytej
wiedzy, zadania
wynikające z
realizacji ćwiczeń
wykonuje z pomocą
prowadzącego
Student poprawnie
wykorzystuje wiedzę
oraz samodzielnie
rozwiązuje problemy
wynikające w trakcie
realizacji ćwiczeń,
potrafi zapisać
algorytm i
prawidłowo
interpretuje wyniki
obliczeń
Student potrafi
samodzielnie zapisać
algorytm w języku
programowania,
prawidłowo
interpretuje wyniki
obliczeń, potrafi
samodzielnie wybrać
interesujące
przypadki
obliczeniowe do
analizy
Student nie
opracował
sprawozdania/
Student nie potrafi
zaprezentować
wyników swoich
badań
Student wykonał
sprawozdanie
z wykonanego
ćwiczenia, ale nie
potrafi dokonać
interpretacji oraz
analizy wyników
własnych badań
Student wykonał
sprawozdanie
z wykonanego
ćwiczenia, potrafi
prezentować wyniki
swojej pracy oraz
dokonuje ich analizy
Student wykonał
sprawozdanie
z wykonanego
ćwiczenia, potrafi
w sposób zrozumiały
prezentować,
oraz dyskutować
osiągnięte wyniki
III. INNE PRZYDATNE INFORMACJE O PRZEDMIOCIE
1. Wszelkie informacje dla studentów kierunku Mechanika i Budowa Maszyn wraz z:
- programem studiów,
- prezentacjami do zajęć,
- instrukcjami do ćwiczeń laboratoryjnych,
- harmonogramem odbywania zajęć
dostępne są na tablicy informacyjnej oraz stronie internetowej kierunku Mechanika i Budowa
Maszyn : www.wimii.pcz.pl
2. Informacja na temat konsultacji przekazywana jest studentom podczas pierwszych zajęć z danego
przedmiotu.
5