EMPE1100 Physics and Chemistry Course description

I fysikk fokuseres det på grunnleggende mekanikk relevant for studieprogrammet. Emnet gir viktig grunnlagskunnskap som benyttes i andre emner senere i studiet. Fysikkdelen undervises i høstsemesteret.

I kjemidelen gis det et grunnlag for inneklimatiske beregninger, spesielt rettet mot den atmosfæriske delen av inneklima. For eksempel beregning av stasjonærkonsentrasjon av forurensende stoffer, massebalanser ved ventilering av boliger, og kjernekjemiske reaksjoner (f.eks. radonstråling og beregning av stråledoser). Det fokuseres også på energibruk ved konvertering mellom ulike energiformer og effektive forbrenningsovner. Videre vil studentene få et grunnlag til å kunne vurdere helserisiko av farlige stoffer i og utenfor bygninger. Undervises i vårsemesteret.

The following required coursework must be approved before a student can take the exam:

• 6 computer exercises
• 2 simulation projects

The purpose of the coursework requirements is to encourage consistent efforts throughout the semester and help the students meet the skills and competence requirements

Ingen ut over opptakskrav.

Etter å ha gjennomført dette emnet har studenten følgende læringsutbytte, definert som kunnskap, ferdigheter og generell kompetanse:

Kunnskap

Studenten kan:

• gjøre rede for posisjon, fart, akselerasjon, vinkelhastighet og vinkelakselerasjon
• forklare innholdet i Newtons lover og lovenes begrensninger
• forklare hva massesenteret representerer og hvorfor massesenteret er viktig
• gjøre rede for betingelsene for statisk likevekt
• forklare hva treghetsmoment er og hvilken rolle det spiller ved rotasjonsbevegelse
• forklare konsentrasjonsendringer som funksjon av tid ved hjelp av hastighetslover og identifisere nulte-, første- og andreordens reaksjoner
• beskrive kjernekjemiske reaksjoner som nedbrytning av radioaktive stoffer
• beskrive ulike typer stråling som a, b og g stråling og skadevirkning på biologisk vev
• beregne konsentrasjoner ut ifra massebalanser for åpne systemer
• grunnlaget for risikovurderinger av kjemikalier med hensyn på helse og miljø
• redegjøre for de viktigste forurensninger i vann og luft

Ferdigheter

Studenten kan:

• identifisere krefter og beregne kraftmomenter
• anvende Newtons 2. lov og spinnsatsen på konkrete fysiske problemer
• beskrive bevegelse matematisk, blant annet ved hjelp av egnet programvare
• løse likevektproblemer for stive legemer
• avgjøre reaksjonsordener ut ifra reaksjonshastigheter og stoffkonsentrasjoner samt beregne halveringstider
• sette opp enkle kjernekjemiske reaksjoner
• beregne aktivitet i radioaktive stoffer ut fra halveringstider og mengder
• vurdere ulike typer stråling og deres skadevirkning på biologisk vev
• beregne stoffkonsentrasjoner ut ifra massebalanser for åpne systemer
• beregne helserisikoen av farlige kjemikalier

Generell kompetanse

Studenten kan:

• reflektere over ulike løsningsstrategier for et konkret fysisk problem
• vurdere og tolke resultater fra analytiske og numeriske løsninger av et fysisk problem
• vurdere kvaliteten på eget og andres arbeid
• kommunisere faglig korrekt og presist
• vurdere forurensningsproblemer inneklima
• vurdere energiutbyttet
• vurdere helse- og miljøfaren ved bruk av kjemikalier

Forelesninger og øvinger.

I fysikkforelesningene deltar studentene i problemløsning, diskusjoner og samarbeid, i tillegg til at fagstoff blir presentert.

Studentene gis også tilbud om medstudentvurdering i fysikkforelesningene. Her vil studentene vurdere hverandres arbeid og gi læringsfremmende tilbakemeldinger.

Innholdet i fysikk-øvingene omfatter øving i problemløsing, individuelt eller i samarbeid med andre. Faglærer er tilstede og gir hjelp og veiledning.

I kjemi utføres øvinger hvor lærer og studentassisten hjelper til.

The course will introduce students to numerical simulation of heat and fluid mechanics problems encountered in industrial and building technology processes and elsewhere. It aims to enable students to solve complicated three dimensional transient problems relating to e.g. heating and ventilation conditions in buildings using MATLAB and the commercial simulation program STAR CCM+.

Other possible practical applications include dimensioning of components in heat and cooling systems (e.g. heat exchangers), calculation of heating requirements in buildings and analyses of thermal comfort for people.

Eksamen våren 2021 grunnet Covid-19:

Individuell skriftlig hjemmeeksamen på 3 timer som teller 50 % (vår).

Ny eksamen høsten 2020 grunnet Covid-19:

Muntlig eksamen som teller 50 %. Ingen hjelpemidler tillatt.

Hvis muntlig eksamen benyttes, kan eksamensresultat ikke påklages.

[Eksamen tidligere]:

Ny eksamen våren 2020:

Individuell skriftlig hjemmeeksamen på 3 timer som teller 50 % (vår).

Alle hjelpemidler tillatt.

[Tidligere:

1) Individuell skriftlig eksamen på 3 timer som teller 50 % (høst).

2) Individuell skriftlig eksamen på 3 timer som teller 50 % (vår).]

Begge eksamensresultatene kan påklages.

Begge deleksamener må være vurdert til karakter E eller bedre for at studenten skal kunne få bestått emnet.

Ved eventuell ny og utsatt eksamen kan muntlig eksamensform bli benyttet. Hvis muntlig eksamen benyttes til ny og utsatt eksamen, kan eksamensresultat ikke påklages.

Hjelpemidler våren 2021:

Alle hjelpemidler tillatt, utenom kommunikasjon med andre

[Hjelpemidler tidligere:]

[Eksamensdel 1) Alle trykte og skrevne hjelpemidler. Kalkulator. MATLAB hvis dette er teknisk/praktisk mulig.

Eksamensdel 2) Håndholdt kalkulator som ikke kommuniserer trådløst og som ikke kan regne symbolsk. Dersom kalkulatoren har mulighet for lagring i internminnet skal minnet være slettet før eksamen.]

After completing the course, the student is expected to have achieved the following learning outcomes defined in terms of knowledge, skills and general competence:

Knowledge:

The student is expected to:

• understand the principles of using programs to address technical problems
• be familiar with the accuracy of computers
• be familiar with the programming language MATLAB
• know about the construction of loops and conditions
• master simple MATLAB programming for implementation of calculation models
• understand the conservation equations for flow, heat and mass transfer
• be familiar with the principles for solving a heat and fluid mechanics problem numerically
• know and understand the finite volume method, which is used for discretisation of equations describing diffusion and advection
• be familiar with the use of staggered and non-staggered grids/meshes
• be familiar with how continuity equations and speed equations can be linked to produce a pressure equation (SIMPLE and SIMPLER algorithms)
• be familiar with the use of source terms to calculate flow and temperature fields
• be familiar with the principles for calculating thermal radiation between solid surfaces
• be familiar with various algorithms for solving system of equations and pertaining stability and convergence requirements
• be familiar with and able to use the commercial simulation programme STAR CCM+

Skills:

The student

• is capable of carrying out necessary numerical calculations for engineering analyses of problems relating to fluid mechanics and heat transfer in real-life structures, including buildings and heat exchangers, and elsewhere
• is capable of defining an adequate range and defining necessary boundary conditions and initial conditions for addressing heat and fluid mechanics problems
• is capable of developing his/her own simple calculation models for implementation in MATLAB
• is capable of using the CFD tool (Computational Fluid Dynamics) STAR-CCM+
• is capable of using numerical methods for heat conduction calculations (one, two or three dimensional, transient), by means of the finite volume (control volume) method
• is capable of describing a transient problem explicitly and implicitly
• is able to calculate external and internal forced and natural convection, deal with boundary layers and draw heat and temperature profiles
• is capable of analysing parallel-flow and counterflow heat exchangers by using logarithmic mean temperature differences.
• is capable of giving an efficient and easily understood presentation of the calculations
• is capable of assessing the quality of the results, i.e. the reasonableness of the data results and program

General competence:

The student has competence in

• contributing to the work on developing new technology on the basis of an understanding of mathematical modelling and solutions to physical problems
• solving interconnected problems linked to heat transfer, thermodynamics and fluid mechanics. This will form a basis for calculating the electrical output and energy needs of a building etc.
• assessing whether calculation results are reasonable
• acquiring skills in methods of relevance to the engineers of the future

Lectures, work on computer exercises individually and in groups.