EPN

EMVE3700 Numerisk varme- og strømningsteknikk Emneplan

Engelsk emnenavn
Computational Heat Transfer and Fluid Flow
Studieprogram
Bachelorstudium i ingeniørfag - energi og miljø i bygg
Omfang
10 stp.
Studieår
2022/2023
Timeplan
Emnehistorikk

Innledning

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.

Anbefalte forkunnskaper

Emnet bygger på kunnskaper tilsvarende emnene EMTS2200 Strømningsteknikk og EMTS2300 Varmetransport.

Forkunnskapskrav

Ingen ut over opptakskrav.

Læringsutbytte

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

Arbeids- og undervisningsformer

Forelesninger, arbeid med dataøvinger individuelt og i grupper.

Arbeidskrav og obligatoriske aktiviteter

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

Vurdering og eksamen

Individuell skriftlig eksamen under tilsyn på 3 timer.

Eksamensresultatet kan påklages.

Hjelpemidler ved eksamen

Ingen hjelpemidler tillatt.

Vurderingsuttrykk

Gradert skala A-F.

Sensorordning

En sensor. Emnet kan bli trukket ut til ekstern sensur