Fakulteten för teknik- och naturvetenskap Miljö- och energisystem. Kursplan

Transkript

1 Dnr: FAK2 2008/6:31 Fakulteten för teknik- och naturvetenskap Miljö- och energisystem Kursplan Beslut om inrättande av kursen Kursplanen är fastställd av Fakultetsnämnden vid Fakulteten för teknik- och naturvetenskap, och gäller från höstterminen 2008 vid Karlstads universitet. Kurskod: CBGB3A Teknik för miljö- och energisystem, 30 hp (Technology of Environmental and Energy Systems, 30 ECTS Credits) Utbildningsnivå: grundnivå Progression: B Undervisningsspråk Undervisningen sker på svenska. Behörighetskrav Ingenjörsvetenskap, CBGA01 30 hp och Fysikaliska modeller, CBGA02 30 hp, eller motsvarande. Huvudområde Miljö- och energisystem. Kursens mål Kursens syfte är att genom olika teman ge ett helhetsperspektiv på miljö- och energitekniska metoder, begrepp och problem. Vidare skall kursen tillhandahålla matematiska verktyg band annat relevanta för analys av de energi- och miljötekniska teorierna. Kursens ger tillfälle till fortsatt träning i problemlösning, projektarbete, informationssökning och presentation. Efter avslutad kurs skall studenten kunna: - använda energi- och miljötekniska metoder och begrepp. - använda kunskaper från kursens olika moment genom att i det individuella arbetet behandla en problemställning som innehåller både energi- och miljöaspekter. - behandla miljötekniska frågor ur ett hållbarhetsperspektiv. - med handledning formulera en frågeställning för det individuella arbetet. - med handledning söka relevant populärvetenskaplig och vetenskaplig information. - i en skriftlig rapport, enligt anvisad rapportmall, på god svenska redovisa och motivera vald problemställning, vald metod, analys av problemet samt diskutera resultat och slutsatser med stöd av litteraturen. - redovisa arbetet muntligt för kurskamrater på ett tydligt och strukturerat sätt med relevanta hjälpmedel inom givna tidsramar. Matematik (6hp): Efter avslutad delkurs skall studenten kunna: - beräkna och tolka divergensen och rotationen av ett vektorfält. - använda Greens formel och Stokes sats för beräkning av kurvintegraler. - använda Gauss divergenssats för beräkning av flödesintegraler. - beräkna Fourierkoefficienter och bestämma Fourierserier. - ställa upp PDE, inklusive begynnelse- och randvillkor, till våg- och värmeledningsproblem.

2 - tolka randvillkor av Dirichlet-, Neumann- och Robintyp fysikaliskt. - avgöra om en PDE är linjär eller ej. - förklara superpositionsprincipen för lösning av homogena PDE. - förklara grundläggande principer för finita elementmetoden och hur diskretisering av en differentialekvation ger ett algebraiskt system. Miljöteknik (10.5hp): Efter avslutad delkurs skall studenten kunna: - redogöra för sambandet mellan energianvändning och miljöproblem. - redogöra för det svenska energisystemet vad avser tillförsel, omvandling och användning av energi. - redogöra för metoder för att utföra beräkningar inom resursbegrepp, - redogöra för tillväxtens gränser, materialanvändning, substitution, kretslopp, miljöledning samt system för energiomvandling. - redogöra för olika materials kretslopp inklusive människans inverkan på dessa. - analysera och genomföra beräkningar utifrån ett uppställt miljöproblem. - förklara begreppen solarkonstant, transmission, reflektion och absorption. - redogöra generellt för de effekter som övergödning, försurning, växthuseffekten, minskningen av ozonlagret samt marknära ozon har på människor och natur. - redogöra för hur verktygen LCA, miljöledningssystem, miljökonsekvens-beskrivningar samt miljömärkning av varor och tjänster används. - redogöra för olika gasreningsmetoder och de principiella skillnaderna dem emellan. - redogöra för olika bränslens inverkan på rökgaser samt föreslå lämplig reningsteknik. - redogöra för biologiska, mekaniska och kemiska reningsmetoder för vatten, med fokus på energiförbrukning. - beräkna energibehov vid rening av avloppsvatten. - beräkna möjligt energiuttag vid rötning av slam. Termodynamik (6hp): Efter avslutad delkurs skall studenten kunna: - redogöra för möjligheter och begränsningar vid energiomvandlingar, uttryckt i termodynamikens huvudsatser. - redogöra för grundläggande klassisk termodynamik, med tillämpningar relevanta för ingenjörer. - redogöra för jämviktsbegreppet. - redogöra för egenskaper hos rena ämnen, ideala och reala gaser, och hur de kan mätas, samt betydelsen av omvandlingar mellan ämnens olika faser. - visa kännedom om analys av slutna och öppna system, bl. a. gällande verkningsgraden för värmemaskiner. - beräkna tillfört eller avgivet arbete eller värme för ett system. - använda entropibegreppet och redogöra för dess betydelse för hushållandet med energins kvalitet. - redogöra för termodynamiska kretsprocesser, ångcykeln, kylprocessen samt gasturbinen. - redogöra för funktionen hos kompressordrivna kyl- frys- och värmepumpsanläggningar. - beräkna kyl- och värmeeffekter i kyl- frys- och värmepumpsanläggningar. - beräkna eleffekt, kondensoreffekt samt tillförd panneffekt för en enkel rakinecykel. Värme- och strömningslära (7.5hp): Efter avslutad delkurs skall studenten kunna: - förklara begreppen statiskt, dynamiskt och totalt tryck. - beskriva olika sätt att mäta fluiders tryck och flöde. - förklara tryckbegreppet och den statiska trycktillväxten i en fluid. - tolka och använda kontinuitetsekvationen och Bernoullis ekvation vid beräkningar. - redogöra för giltigheten av Bernoullis ekvation. - beräkna tryckfall i enkla rör- och kanalsystem. - dimensionera pumpar för enkla rör- och kanalsystem. - beräkna krafters storlek och läge för plana ytor, t.ex. dammluckor. - redogöra för laminära och turbulenta strömningsformer samt omslagskriterier. - använda vanliga dimensionslösa tal inom strömnings- och värmelära. - redogöra för Prandtls gränsskiktsidé. - beräkna lyft- och dragkraft på omströmmade kroppar. - tolka och använda Fouriers värmeledningsekvation. - beskriva värmeledning som fysikaliskt fenomen i fast fas (metalliska och ickemetalliska material), vätska och gas. - använda vanliga samband för värmeövergång samt kunna tillämpa dessa samband vid lösning av praktiska problem. - lösa värmetransportproblem av typen endimensionell stationärt eller transient och tvådimensionell stationär.

3 Kursens huvudsakliga innehåll Kursen baseras på föreläsningar med tillhörande lektioner samt en form av stödlektioner som kallas jourlektioner. Till delkurserna hör laborationer. Matematik (6hp): Delkursen innehåller: - talserier. - gradient-, divergens- och rotationsoperatorerna med fysikaliska tolkningar. - Greens formel. - Gauss divergenssats. - Stokes sats. - allmänna Fourierserier, samt sinus- och cosinusserier. - introduktion till vågekvationen och värmeledningsekvationen i såväl en som flera dimensioner. - tolkning av enklare begynnelse- och randvillkor. - introduktion till finita elementmetoden. Miljöteknik (10.5hp): Delkursen innehåller: - sambandet mellan energi och miljöproblem. - metoder för att utföra beräkningar inom resursbegrepp. - tillväxtens gränser. - materialanvändning. - substitution. - kretslopp. - miljöledning. - system för energiomvandling. - hållbar utveckling. - aktuella miljöproblem. - livscykelanalys. - miljökonsekvensbeskrivningar. - miljöpolitiska styrmedel. - grundläggande miljöekonomiska begrepp. - system med biobränslen liksom system med olja och kärnkraft. - hushållens miljöval-livsstil. - växthuseffekten. - ozonlagrets förtunning. - transporter. - avfallshantering. - försurning. - övergödning. - utarmning av biologisk mångfald. - tillståndet i naturen. - miljöpolitiska styrmedel. - grundläggande miljöekonomiska begrepp. Termodynamik (6hp): Delkursen innehåller: - temperaturbegreppet. - energiomvandlingar. - termodynamikens huvudsatser. - egenskaper hos rena ämnen. - ideala och reala gaser. - omvandlingar mellan ämnens olika faser. - slutna och öppna system. - entalpi. - entropi. - termodynamiska kretsprocesser - tekniska tillämpningar, värmemotor, värmepump och rakinecykel. - tillståndsfunktioner. - termodynamisk jämvikt.

4 - reversibla och irreversibla processer. - Carnotprocess. - termodynamiska potentialer. Värme- och strömningslära (7.5hp): Delkursen innehåller: - grundläggande strömningslära. - hydrostatik. - no slip villkoret. - systemavgränsningar. - tryckbegreppet. - kontinuitetsekvationen. - Bernoullis ekvation. - viskositet. - laminär och turbulent strömning. - gränsskiktsteori. - avlösning. - påtvingad och naturlig konvektion. - värmeövergång vid kokning och kondensation. - strålning. - impulsekvationen. - tryckförluster. - Fouriers värmeledningsekvation. Kurslitteraturlista och övriga läromedel Se separat dokument. Examination Studenten avlägger individuella prov, muntligt och skriftligt. Studenten genomför, tillsammans med andra studenter grupparbeten. Dessa arbeten redovisas dels i en skriftlig rapport och dels genom en muntlig framställning. Studenten genomför ett individuellt arbete med handledning. Arbetet ska redovisas i en skriftlig rapport, enligt en föreskriven mall, samt vid ett muntligt framförande. Betygsgrader Kursen bedöms enligt betygsskalan Underkänd, 3 (Godkänd), 4 (Icke utan beröm godkänd) eller 5 (Med beröm godkänd). Kvalitetsuppföljning Under och efter kursen sker en uppföljning av måluppfyllelse och förutsättningar för lärande i kursen. Dess främsta syfte är att bidra till förbättringar. Studenternas erfarenheter och synpunkter är ett av underlagen för granskningen, och inhämtas med hjälp av skriftlig kursvärdering och/eller kursvärderingsdiskussioner. Studenterna informeras om resultaten och eventuella beslut om åtgärder. Kursbevis Kursbevis erhålls på begäran av studenten. Övrigt Studenter som påbörjat en utbildning enligt den studieordning som började gälla skall fullfölja sina studier enligt den kursplan respektive utbildningsplan de är antagna till. Om de vid studiernas slut, vill få ut ett kursbevis eller examensbevis enligt den nya studieordningen, som träder i kraft , skall de prövas mot de kriterier som karaktäriserar denna studieordning.

5 Regler för utbildning på grundnivå och avancerad nivå vid Karlstads universitet, Dnr C2007/368, reglerar studenters och anställdas skyldigheter och rättigheter. Kursen är obligatorisk på civilingenjörsprogrammet. Karlstads universitet Karlstad Tfn Fax