Моделювання масообмінних процесів
Спеціальність: Комп'ютерна хімічна інженерія
Код дисципліни: 7.161.10.E.021
Кількість кредитів: 5.00
Кафедра: Хімічна інженерія
Лектор: к.т.н., Гнатів З.Я.
Семестр: 2 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування у здобувачів освіти компетентностей:
фахові компетентності:
ФКС 1.1. Здатність використовувати професійно-профільні знання і практичні навички в галузі обчислювальної математики (математичної статистики) для статистичної обробки експериментальних даних і математичного моделювання хімічних і хіміко-технологічних процесів та проектування обладнання хімічних технологій.
ФКС 1.2. Здатність виконувати комп’ютерне моделювання та симуляцію роботи технологічного обладнання для розробки і проектування хімічного обладнання, а також моделювання основних процесів хімічної технології, їх аналізу та оптимізації.
ФКС 1.3. Здатність ефективно використовувати системи автоматизованого проектування та інженерної підготовки і проводити наукові роботи в галузі комп’ютерного моделювання та конструкторської підготовки хімічних процесів та обладнання.
Результати навчання: РН1 (ПР2. Здійснювати пошук необхідної інформації з хімічної технології, процесів і обладнання виробництв хімічних речовин та матеріалів на їх основі, систематизувати, аналізувати та оцінювати відповідну інформацію)
РН2 (КОМ1. Зрозуміле і недвозначне донесення власних знань, висновків та аргументації до фахівців і нефахівців, зокрема, до осіб, які навчаються)
РН3 (КОМ2. Здатність використання сучасних інформаційних технологій для ефективно спілкування на професійному та соціальному рівнях)
РН4 (АіВ1. Управління робочими або навчальними процесами, які є складними, непередбачуваними та потребують нових стратегічних підходів)
РН5 (АіВ2. Відповідальність за внесок до професійних знань і практики та/або оцінювання результатів діяльності команд та колективів)
РН6 (АіВЗ. Здатність продовжувати навчання з високим ступенем автономії)
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Попередні навчальні дисципліни:
Фізика
Вища математика
Фізична хімія
Процеси та апарати хімічної технології
Машини та апарати хімічних виробництв
Основи автоматизованого проектування обладнання хімічних виробництв
Супутні і наступні навчальні дисципліни:
Чисельне моделювання гідромеханічних процесів
Чисельне моделювання теплообмінних процесів
Чисельне моделювання теплових процесів
Методологія фізичного моделювання хіміко-технологічних процесів
Короткий зміст навчальної програми: Вступ. Основні поняття та визначення. Мета і завдання курсу.
Молекулярна дифузія. Дифузія стаціонарна і нестаціонарна. Квазістаціонарна дифузія. Визначення коефіцієнтів молекулярної дифузії.
Рівняння дифузії і нерозривності. Рівняння руху середовища. Рівняння балансу маси і енергії для міжфазної границі. Дифузійний пограничний шар і рівняння пограничного шару під час масообміну. Турбулентна дифузія. Експериментальне дослідження турбулентної дифузії. Коефіцієнт турбулентної дифузії. Диференційні рівняння дифузії. Критерії подібності, числа Шмідта і Прандтля. Молекулярні і молярні потоки перенесення. Диференціальне рівняння перенесення маси, імпульсу та енергії. Лінійні закони перенесення. Масообмін між рідиною і твердим тілом. Властивості тонких плівок рідини. Стікаючі плівки рідини. Каплі і бульбашки. Стаціонарне випаровування каплі.
Диференціальне рівняння тепло- і масоперенесення.
Масоперенесення крізь пористе середовище. Структурні характеристики капілярно-пористих тіл.
Термодинамічні характеристики вологоперенесення. Потенціал вологоперенесення. Термоградієнтний коефіцієнт.Масообмін під час висушування вологих матеріалів. Диференційні рівняння дифузії для циліндра скінчених розмірів та кулі.
Стефанівський потік. Вплив масовіддачі на інтенсивність теплопередачі на одній поверхні. Вплив температури на міжфазній границі на масоперенесення.
Опис: Вступ. Основні поняття та визначення. Мета і завдання курсу.
Молекулярна дифузія. Дифузія стаціонарна і нестаціонарна. Квазістаціонарна дифузія. Визначення коефіцієнтів молекулярної дифузії.
Рівняння дифузії і нерозривності. Рівняння руху середовища. Рівняння балансу маси і енергії для міжфазної границі. Дифузійний пограничний шар і рівняння пограничного шару під час масообміну.
Турбулентна дифузія. Експериментальне дослідження турбулентної дифузії. Коефіцієнт турбулентної дифузії. Диференційні рівняння дифузії. Критерії подібності, числа Шмідта і Прандтля.
Диференціальне рівняння тепло- і масоперенесення. Диференціальне рівняння волого перенесення під час сушіння.
Критерії подібності. Граничні умови першого, другого і третього роду.
Масоперенесення крізь пористе середовище. Структурні характеристики капілярно-пористих тіл.
Методи та критерії оцінювання: Основними методами діагностики знань є: поточний (ПК) і семестровий контроль (СК), який здійснюється з навчального матеріалу, обсяг якого визначений робочою програмою дисципліни за семестр.
Поточний контроль здійснюється під час лекцій і лабораторних занять з метою перевірки рівня засвоєння теоретичних і практичних знань та умінь студента. ПК проводиться у формі: письмово-усного контролю та захисту лабораторних робіт.
Семестровий контроль проводиться у формі екзамену (ЕК). Екзамен – це форма СК результатів навчання студента з навчальної дисципліни за семестр.
Критерії оцінювання результатів навчання: Виконання лабораторних робіт, усне опитування, виконання індивідуального науково-дослідного завдання та розрахунково-графічної роботи (30 %), екзаменаційна робота (письмова компонента - 60 %, усна компонента - 10%)
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100-88 балів - атестований з оцінкою «відмінно» - Високий рівень: здобувач освіти демонструє поглиблене володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни, системні знання, вміння і навички їх практичного застосування. Освоєні знання, вміння і навички забезпечують можливість самостійного формулювання цілей та організації навчальної діяльності, пошуку та знаходження рішень у нестандартних, нетипових навчальних і професійних ситуаціях. Здобувач освіти демонструє здатність робити узагальнення на основі критичного аналізу фактичного матеріалу, ідей, теорій і концепцій, формулювати на їх основі висновки. Його діяльності ґрунтується на зацікавленості та мотивації до саморозвитку, неперервного професійного розвитку, самостійної науково-дослідної діяльності, що реалізується за підтримки та під керівництвом викладача. 87-71 балів - атестований з оцінкою «добре» - Достатній рівень: передбачає володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни на підвищеному рівні, усвідомлене використання знань, умінь і навичок з метою розкриття суті питання. Володіння частково-структурованим комплексом знань забезпечує можливість їх застосування у знайомих ситуаціях освітнього та професійного характеру. Усвідомлюючи специфіку задач та навчальних ситуацій, здобувач освіти демонструє здатність здійснювати пошук та вибір їх розв’язання за поданим зразком, аргументувати застосування певного способу розв’язання задачі. Його діяльності ґрунтується на зацікавленості та мотивації до саморозвитку, неперервного професійного розвитку. 70-50 балів - атестований з оцінкою «задовільно» - Задовільний рівень: окреслює володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни на середньому рівні, часткове усвідомлення навчальних і професійних задач, завдань і ситуацій, знання про способи розв’язання типових задач і завдань. Здобувач освіти демонструє середній рівень умінь і навичок застосування знань на практиці, а розв’язання задач потребує допомоги, опори на зразок. В основу навчальної діяльності покладено ситуативність та евристичність, домінування мотивів обов’язку, неусвідомлене застосування можливостей для саморозвитку. 49-00 балів - атестований з оцінкою «незадовільно» - Незадовільний рівень: свідчить про елементарне володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни, загальне уявлення про зміст навчального матеріалу, часткове використання знань, умінь і навичок. В основу навчальної діяльності покладено ситуативно-прагматичний інтерес.
Рекомендована література:
Рекомендована література
Базова
1. Ansys. Advantage. Publishers: Ansys, Inc. Southpointe, 275 Technology Drive Canonsburg, PA U.S.A.
2. Ansys Fluent 19.2. User's Guide Canonsburg: Ansys Inc, 2018. — 3406 p.
3. Molaeimanesh G.R., Torabi F. Fuel Cell Modeling and Simulation: From Microscale to Macroscale Elsevier, 2023. — 502 p. — ISBN 978-0-323-85762-8.
4. Nasraoui H., Bsisa M., Driss Z. Solar Chimney Power Plants: Numerical Investigations and Experimental Validation Singapore: Bentham Science Publishers, 2020. — 211 p.
5. Szijarto R. Condensation of steam in horizontal pipes: model development and validation Budapest University of Technology and Economics, 2015. — 180 p.
6. Reintjes Christian. Algorithm-Driven Truss Topology Optimization for Additive Manufacturing Springer, 2022. — 406 p. — ISBN 978-3-658-36211-9.
7. Баранюк О.В. Математичне моделювання систем та процесів. Комп'ютерний практикум в Ansys К.: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2019. – 115 с. [українською мовою]
8. Ravichandran G. Finite Element Analysis of Weld Thermal Cycles Using Ansys Boca Raton: CRC Press, 2021. — 226 p.
Допоміжна
1. Lee H.-H. Finite Element Simulations with Ansys Workbench 2021. Theory, Applications, Case Studies KS: SDC Publications, 2021. — 612 p.
2. Matsson J. An Introduction to Ansys Fluent 2021. – 542 с.
Інформаційні ресурси
1. http://cpsm.kpi.ua/novini/124-ansys-bezkoshtovno-dlya-studentiv.html
2. https://www.ansys.com/
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).