EMVE3700 Computational Heat Transfer and Fluid Flow Course description

Emnet tar sikte på å gi studentene en innføring i numerisk simulering av varme- og strømningstekniske problemer som vi finner i industrielle og bygningstekniske prosesser, samt i naturen forøvrig. Vha. MATLAB og det kommersielle simuleringsprogrammet STAR CCM+ settes studentene i stand til å løse kompliserte 3-dimensjonale, transiente problemer knyttet til for eksempel varme- og ventilasjonsforhold i bygninger.

Praktiske anvendelser kan forøvrig være dimensjonering av komponenter i varme- og kjøleanlegg (for eksempel varmevekslere), beregning av bygningers varmebehov samt analyse av termisk komfort for personer.

Valgemnet igangsettes forutsatt at det er et tilstrekkelig antall studenter som velger emnet.

The course uses a blended learning approach, with a combination of attendance-based teaching or guidance, and use of online material. The students will be working on interdisciplinary cases of direct relevance to their field of study.

The Spring/Autumn variant of the course involves weekly seminars throughout the semester, in addition to the online material.

The Summer School variant involves four weeks attendance-based teaching, in addition to the online material.

Ingen ut over opptakskrav.

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

Kunnskap:

Studenten skal:

• forstå prinsippene ved programmering av tekniske problemer
• kjenne til datamaskiners nøyaktighet
• kjenne til programmeringsspråket MATLAB
• ha kjennskap til konstruksjon av løkker og betingelser
• beherske enkel MATLAB-programmering for implementering av regnemodeller
• kjenne konserveringsligningene for strømning, varme- og massetransport
• kjenne prinsippene for å løse et varme- og strømningsteknisk problem numerisk
• kjenne til og forstå metoden, Finite Volume, som benyttes ved diskretisering av ligninger som beskriver diffusjon og adveksjon
• kjenne til bruk av forskjøvet (staggered) og ikke-forskjøvet (non-staggered) nettverk (grid/mesh)
• kjenne til kobling av kontinuitets- og hastighetsligninger for å oppnå en trykkligning (SIMPLE og SIMPLER algoritmene)
• kjenne til behandling av kildeledd for beregning av strømnings- og temperaturfelt
• kjenne til prinsippene for beregning av termisk stråling mellom faste flater
• kjenne ulike algoritmer for løsning av ligningssystemer, samt tilhørende stabilitets- og konvergenskrav
• bli kjent med og kunne bruke det kommersielle simuleringsprogrammet STAR CCM+

Ferdigheter:

• kan utføre nødvendige numeriske beregninger for ingeniørmessig analyse av problemer knyttet til strømningsteknikk og varmetransport i praktiske konstruksjoner, deriblant bygninger og varmevekslere, og i naturen for øvrig
• kan definere et tilstrekkelig beregningsområde og sette opp nødvendige grensebetingelser og initialbetingelse for varme- og strømningstekniske problemer
• kan benytte CFD-verktøyet (Computational Fluid Dynamics) STAR-CCM+
• kan utvikle egne, enkle regnemodeller for implementering i MATLAB
• kan benytte Numeriske metoder for varmeledningsberegninger (1-, 2- eller 3-dimensjonalt, transient), v.h.a. Finite Volume (kontrollvolum) metoden. Eksplisitt og implisitt formulering av transient problem skal beherskes
• kan gjøre beregninger av ekstern og intern tvungen og naturlig konveksjon, behandle grensesjikt og tegne hastighets- og temperaturprofil.
• kan analysere Varmevekslere arrangert i medstrøm og motstrøm, ved å benytte logaritmisk midlere temperaturdifferanse
• gi en effektiv og lett forståelig presentasjon av beregningene
• kan vurdere kvaliteten ved resultatene, dvs. vurdere rimeligheten av dataresultater og program

Generell kompetanse:

• kan bidra i arbeidet med å utvikle ny teknologi med bakgrunn i en forståelse for matematisk modellering og løsning av fysiske problemer
• kan løse koblede problemer knyttet til både varmetransport, termodynamikk og fluidmekanikk (strømningslære). Dette vil være et grunnlag for beregning av for eksempel et byggs effekt- og energibehov
• kan vurdere om beregningsresultater er rimelige
• sikre ferdigheter i en for fremtidens ingeniører aktuell arbeidsmåte

Forelesninger, arbeid med dataøvinger individuelt og i grupper.

Følgende arbeidskrav må være godkjent for å kunne fremstille seg til eksamen:

• 6 dataøvinger
• 2 simuleringsprosjekt

Formålet med arbeidskravene er å stimulere til jevn innsats underveis i semesteret og hjelpe studentene til å nå kravene til ferdighet og kompetanse. Arbeidet kan utføres individuelt eller i små grupper. Omfang: ca 60 timer

Individuell skriftlig eksamen på 3 timer.

Eksamensresultatet kan påklages.

Digital competence is a key factor in ensuring the employability of candidates in all professions vital to our society. This course will provide a fundamental understanding of some of the most important concepts, tools and technologies that comprise and influence our increasingly digital world. It gives an overview of how technology affects our lives, our social structures, and the way we work and provides grounding for actively engaging with and shaping the development and role of technology in society. Social media, digital governance, eHealth and the explosion of AI applications are all examples of how technology has profoundly changed our everyday lives in the last few decades. An understanding of technology is vital in any profession, regardless of field or specialty. In this course, students will acquire the basic knowledge required to harness the potential of technology and identify the opportunities to use technology to foster inclusion and participation in an increasingly diverse and multicultural society. They will also learn to recognize its limitations and potentially harmful consequences on work and society, and grapple with the social, ethical and moral issues that arise as technology becomes both increasingly complex and integral to the way our society functions.

No additional course-specific requirements.

After completing this course, the student should have the following learning outcome:

Knowledge

On successful completion of this course the student understands:

• the role of technological innovation with regards to consumption, economic growth and sustainable development
• the idea of digital citizenship, including digital rights and responsibilities, from a local, national and global perspective, both in general and in relation with their field of study
• the democratic principles behind e-inclusion and a universally designed society, both in general and with regards to their future professional practice
• the basics of information security, including precautions to guarantee safety and privacy
• the basic ideas behind algorithms, machine learning and artificial intelligence, how they are used in organizational and societal governance, and how their use may constrain or enable work processes and other aspects of everyday life
• the role that technology plays in professional practice within their profession or field of study.

Skills

On successful completion of this course the student can:

• understand the technological and societal aspects of a case in a specific domain
• discuss and present an overview of ethical challenges at the intersection of technology and society, including issues of integration, participation and multiculturalism
• give examples of how technology is used in the profession(s) related to their field of study, both at the national and the international level
• identify, respond to and limit the negative impact of unethical and harmful online behavior
• evaluate the possibilities and challenges of technological solutions used in the profession(s) relevant to their field of study and present those in a structured form
• retrieve information effectively and efficiently from a variety of online sources, critically assess its quality and credibility.

General Competence

On successful completion of this course the student can:

• be a valuable contributor to the design, planning and implementation of new technology
• be a positive agent of change in their own profession and field of study with regards to leveraging the potential of technology
• participate in innovative processes involving new and emerging technologies and build skills in anticipating and adapting to technological change
• reflect on technology use both within their field and from an interdisciplinary perspective
• actively engage with social, ethical and moral issues related to the development and implementation of technology
• communicate concepts and models related to technology use in a structured manner, both orally and in written form.