EMVE3700 Numerisk varme- og strømningsteknikk Emneplan

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.

Følgende arbeidskrav er obligatorisk og må være godkjent for å fremstille seg til eksamen:

• 2 milepælsmøter á 1 time

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:

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, 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

Bacheloroppgaven er det avsluttende emnet på ingeniørutdanningen. Den er en selvvalgt oppgave som utføres av studenter i gruppe. Den skal gi studentene trening i selvstendig gjennomføring av et større arbeid, anvendelse av relevante metodeverktøy og skal legges opp slik at studentene får anledning til å bruke kunnskaper og ferdigheter fra flere områder.

Bacheloroppgaven kan knyttes til oppgaver ved OsloMet eller gjøres i samarbeid med næringsliv eller andre institusjoner. Den skal være forankret i reelle ingeniørfaglige problemstillinger relevante for den aktuelle studieretning og kan være relatert til prosjekterings- eller entreprenørvirksomhet, eventuelt forsknings - eller utviklingsprosjekt.

Bacheloroppgaven bygger på kunnskap fra alle fem foregående semester

Studenter må være registrert i 3. studieår og ha bestått minimum 100 studiepoeng fra 1. og 2. studieår per 1. oktober, for at vedkommende skal kunne oppmeldes til bacheloroppgaven.

Alle tre-terminsemner må være bestått.

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

Kunnskap

Studenten:

• har gode fagkunnskaper innen energi- og miljøtekniske problemstillinger
• har kunnskap om ulike måter å løse energi- og miljøtekniske utfordringer på
• viser ingeniørfaglig innsikt med et helhetlig systemperspektiv og ulike løsningsalternativer
• har kunnskap om tilgengelig litteratur samt pågående forskning og utvikling innen problemstillingen
• kan anvende gammel og ny kunnskap til ny viten og praktiske, helhetlige løsninger

Ferdigheter

Studenten kan:

• utføre en ingeniøroppgave med en praktisk eller forskningsmessig problemstilling, på en selvstendig og systematisk måte
• definere problemstilling, omfang og prosjektmål og planlegge framdrift
• beherske egnede metoder og verktøy
• benytte relevant faglig teori og litteratur
• beskrive oppgaven, analysere resultater og drøfte seg frem til en konklusjon
• formidle oppgave, funn og konklusjon klart, både skriftlig og muntlig

Generell kompetanse

Studenten:

• behersker å arbeide i team med planlegging og gjennomføring av prosjekt
• viser selvstendighet og initiativ, kreativitet og innovasjon
• vurderer teknologiske løsninger i en livsløps-/ miljømessig, samfunnsmessig og økonomisk sammenheng
• analyserer og kvalitetssikrer resultatene og viser evne til refleksjon

Prosjektarbeid i gruppe. Gruppene skal normalt bestå av tre studenter. Rent unntaksvis, når særskilte grunner tilsier det, kan bacheloroppgaven etter søknad gjennomføres av én enkelt student.

Tildeling av bacheloroppgaven skjer etter de retningslinjene som gjelder for fakultetet og studieprogrammet. Det vil være en prosess fra slutten av 4. semester fram til tildeling ved slutten av 5. semester der det gis informasjon om retningslinjer og det foregår utvelgelse av grupper og oppgaver. Det blir utnevnt en veileder ved studieprogrammet. Eventuell ekstern samarbeidspartner vil normalt også bidra med veiledning og oppfølging.

Prosjektarbeidet utgjør 500 timer per student, og ender ut i prosjektrapport og muntlig presentasjon.

Det forventes at studentene planlegger og gjennomfører arbeidet på en selvstendig måte og fører timelister. Rapporten skal være skriftlig i henhold til fakultetets prosedyrer. Kildehenvisning må utføres på korrekt vis. Sammendrag (Abstract) skal skrives på engelsk. Digital innlevering