EMVE3700 Numerisk varme- og strømningsteknikk Emneplan

Emnet gir studenten et grunnlag for å kunne vurdere inneklimakvalitet og hvordan klimaanlegg skal designes for å oppnå et tilfredsstillende inneklima. Studenten skal lære å ta del i prosjektering, utførelse, drift og vedlikehold av klimatekniske anlegg i bygg, slik at det tilrettelegges for riktig inneklima med rett bruk av energi.

Bente Hellum

Ingen forkunnskapskrav.

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:

Studentene

• 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:

Studenten

• 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, øvinger, laboratorie- og prosjektarbeid

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

Ny eksamen våren 2020:

Eksamensdel 1) Individuell skriftlig hjemmeeksamen på 5 timer, som teller 70 %

Eksamensdel 2) Prosjektarbeid i gruppe som teller 30 %. Rapport, gjennomføring, muntlig og visuell presentasjon i gruppe vurderes.

Eksamensdel 1) Eksamensresultat kan påklages.

Eksamensdel 2) Eksamensresultat kan ikke påklages.

[Tidligere: Eksamensdel 1) Individuell skriftlig eksamen på 5 timer, som teller 70 %

Eksamensdel 2) Prosjektarbeid i gruppe som teller 30 %. Rapport, gjennomføring, muntlig og visuell presentasjon i gruppe vurderes.

Eksamensdel 1) Eksamensresultat kan påklages.

Eksamensdel 2) Eksamensresultat kan ikke påklages.]

Begge eksamensdeler må være vurdert til karakter E eller bedre for at studenten skal kunne få bestått emnet. Ved eventuell ny og utsatt individuell skriftlig eksamen kan muntlig eksamensform bli benyttet. Eksamensresultat kan da ikke påklages.

Alle hjelpemidler tillatt.

[Eksamensdel 1) Håndholdt kalkulator som ikke kommuniserer trådløst. Dersom kalkulatoren har mulighet for lagring i internminnet skal minnet være slettet før eksamen.

Eksamensdel 2) Alle.]

Gradert skala A-F.

Eksamensdel 1) En intern sensor.

Eksamensdel 2) To interne sensorer.

Ekstern sensor brukes jevnlig.