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.

Individuell hjemmeeksamen over 48 timer, i form av en kasusoppgave; skriftlig rapport etter oppgitt mal. Omfang: 2000 ord +/- 10 %.

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.

Undervisningsspråk: Norsk

I dette emnet lærer studenten om omsetning av energi og næringsstoffer. Emnet tar for seg kilder og funksjon av viktige makro- og mikronæringsstoffer. Videre vektlegges grunnlaget for anbefalinger for inntak av næringsstoffer, samt matvaregrupper og deres innhold av næringsstoffer. I emnet inngår også beregning av innhold av næringsstoff i et eksempelkosthold ved hjelp av hensiktsmessig verktøy.

Studenten må være tatt opp på Masterstudium i helsevitenskap og ha autorisasjon som helsepersonell.

Etter gjennomført emne har studenten følgende læringsutbytte definert i kunnskap og ferdigheter:

Kunnskap Studenten

• kan drøfte energiomsetningen og reguleringsmekanismer for denne
• kan forklare funksjon, omsetning av og behov for makro- og mikronæringsstoffer
• kan drøfte vanlige ernæringsutfordringer i forskjellige grupper i befolkningen
• kan drøfte fordeler og ulemper ved metoder som benyttes innen kostforskning

Ferdigheter

Studenten

• kan vurdere næringsinnhold i matvarer og sammenligne ulike matvaregruppers bidrag til det totale kostholdet
• kan beregne og vurdere innholdet av næringsstoffer og energi i forhold til behov ved hjelp av egnet verktøy

Generell kompetanse

• kan vurdere og presentere problemstillinger, resonnementer og konklusjoner knyttet til omsetning av energi og næringsstoffer

Emnet vil i hovedsak gjennomføres nettbasert, med unntak av en dags samling på campus i starten av emnet. Den nettbaserte undervisningen tilbys som presentasjoner, seminarer og veiledning. Emnet legger vekt på varierte studentaktive læringsformer, som foregår både individuelt og i grupper. Det forventes at studenten tar ansvar for å være oppdatert på aktiviteter og faglig innhold i læringsplattformen.

For å fremstille seg til eksamen må følgende være godkjent:

• Flervalgsoppgave, minimum 80 prosent riktig svar innen en gitt tidsfrist