1. SylabUZ
2. Wydział Mechaniczny
3. semestr zimowy 2022/2023
4. Inżynieria biomedyczna - pierwszego stopnia z tyt. inżyniera
5. Zagadnienia cieplne i przepływowe w systemach biologicznych

Wygeneruj PDF dla tej strony

Zagadnienia cieplne i przepływowe w systemach biologicznych - opis przedmiotu

Cel przedmiotu

Pozyskanie systematycznej wiedzy z fizyki technicznej w dziedzinie zarządzania transformacjami energii oraz projektowaniem prostych przepływów (termodynamiki i mechaniki płynów). Umiejętność zastosowania tej wiedzy w rozwiązywaniu problemów technicznych w bioinżynierii.

Wymagania wstępne

Zapisz zmiany

Matematyka, Fizyka

Zakres tematyczny

Wykład:

1. Wprowadzenie Przepływ ciepła. Prawo Fouriera. Modelowanie procesów przepływu ciepła. (2 godz.)
2. Wprowadzenie do metody różnic skończonych. Rozwiązywanie zagadnień brzegowych. (2 godz.)
3. Modelowanie procesów przekazywania energii na sposób ciepła, konwekcja, przenikanie. (2 godz.)
4. Warunki brzegowe w zagadnieniach brzegowych. (2 godz.)
5. Zagadnienia cieplne stacjonarne i niestacjonarne. (2 godz.)
6. Dyfuzja. Prawo Ficka. Modelowanie dwuwymiarowych zagadnień brzegowych. (2 godz.)
7. Specyfika przepływów płynów biologicznych – przepływy nienewtonowskie, pulsacyjne. Warunki równowagi – równanie Naviera-Stokesa. (2 godz.)
8. Przepływy uwarstwione i burzliwe. Przepływ płynu przez przewód. (2 godz.)
9. Modelowanie przepływów. Opis ciał fizycznych oraz zjawisk za pomocą wielkości fizycznych. (2 godz.)
10. Metody przekazywania energii; ciepło, praca, promieniowanie elektromagnetyczne, przepływ substancji. (2 godz.)
11. Równanie stanu. Opis stanów równowagi, rodzaje sił, pojęcie pędu, energii. Zasady zachowania substancji, zachowania energii, warunków równowagi. (zasady termodynamiki). (2 godz.)
12. Przykłady zastosowania bilansu substancji i energii. Równanie D. Bernouliego.
13. Typy przemian. Spontaniczność przemian – pojęcie entropii i zasada wzrostu entropii. Przemiany fazowe. Typowe obiegi termodynamiczne. (2 godz.)
14. Reologia, napięcie powierzchniowe, lepkość, siły „masowe”. Urządzenia techniczne w przetwarzaniu rodzajów energii. (2 godz.)
15. Kolokwium (2 godz.)

Projekt:

Tematyka: Symulacja niestacjonarnego przepływu ciepła dla wybranego układu ciał z uwzględnieniem, źródła i kontaktu pomiędzy ciałami o różnym współczynniku przewodzenia.

1. Wprowadzenie. (1 godz)
2. Matematyczny opis zagadnienia oraz podstawy fizyczne problemu. (2 godz)
3. Prezentacja informacji literaturowych. Formułowanie zagadnienia brzegowego. (2 godz)
4. Formułowanie problemu i rozwiązywanie metodą różnic skończonych. (2 godz)
5. Formułowanie problemu i rozwiązywanie metodą elementów skończonych. (2 godz)
6. Symulacja zagadnienia w środowisku ANSYS. (2 godz)
7. Porównanie wyników symulacji i interpretacja. (2 godz)
8. Zaliczenie projektu.(2 godz)

Laboratorium:

1. Badanie lepkości cieczy metodą Höpplera i Englera (4h)
2. Wyznaczanie molowego ciepła reakcji – pomiary kalorymetryczne (2h)
3. Numeryczna symulacja stacjonarnego przepływu ciepła w pręcie z wykorzystaniem oprogramowania Ansys (2h)
4. Numeryczna symulacja niestacjonarnego przepływu ciepła w płycie grzewczej z wykorzystaniem oprogramowania Ansys (2h)
5. Symulacja przepływów w aorcie wywołanych oddziaływaniem krwi z wykorzystaniem oprogramowania Ansys (2h)
6. Analiza numeryczna naprężeń w stencie kardiologicznym spowodowanych działaniem ciśnienia krwi (2h)

Metody kształcenia

Wykład konwencjonalny wraz z praktycznymi przykładami realizacji programowej algorytmów obliczeniowych.

Zajęcia projektowe w formie konsultacji i oceny postępów prac w projekcie

Laboratorium -realizacja ćwiczeń laboratoryjnych zgodnie z opisem i tematyką

Efekty uczenia się i metody weryfikacji osiągania efektów uczenia się

Opis efektu	Symbole efektów	Metody weryfikacji	Forma zajęć

Warunki zaliczenia

Wykład – warunkiem zaliczenia części wykładowej jest uzyskanie pozytywnej oceny z kolokwium zaliczeniowego.

Projekt– warunkiem zaliczenia projektu jest sporządzenie opisu sposobu rozwiązania zadania projektowego zgodnie z wymaganiami prowadzącego oraz pozytywna ocena z odpowiedzi na pytania dotyczące projektu.

Laboratorium – warunkiem zaliczenia jest obecność na zajęciach oraz aktywny udział w zajęciach. Ocena na podstawie kolokwium zaliczeniowego.

Literatura podstawowa

1. S.Zahorski: Mechanika przepływów cieczy lepkosprężystych – PWN, Warszawa – Poznań, 1978.

2. J.Ferguson, Z.Kembłowski: Reologia stosowana płynów – Wydawnictwo Marcus S.C., Łódź,1995.

3. R.Gryboś: Podstawy mechaniki płynów – WNT, Warszawa, 1998.

4. J.Szargut: Termodynamika – PWN, Warszawa, 2000.

5. M.Gierzyńska-Dolna: Biotrybologia – Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa, 2002.

Literatura uzupełniająca

1. Przepływy w układzie krwionośnym / Bartłomiej Bębenek, Kraków : Politechnika Krakowska, 1999

2. Basic transport phenomena in biomedical engineering / Ronald L. Fournier, 2 wyd. , New York : Taylor & Francis Group, 2007

3. K.Rup: Mechanika płynów w środowisku naturalnym – Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków, 2003.

4. L.Kołodziejczyk, S.Mańkowski, M.Rubik: Pomiary w inżynierii sanitarnej – Arkady, Warszawa, 1980.

Uwagi

Zmodyfikowane przez dr hab. inż. Tomasz Klekiel, prof. UZ (ostatnia modyfikacja: 11-05-2022 12:19)