Dnr: FAK2 2007/146:10 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, 2007-11-05 och gäller från höstterminen 2007 vid Karlstads universitet. Kurskod: CBGB03 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 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 samband mellan kursens moment genom att i det individuella arbetet behandla en problemställning som innehåller både energi- och miljöaspekter. - med handledning formulera en frågeställning för det individuella arbetet. - med handledning söka relevant populärvetenskaplig och vetenskaplig information. - i en skriftlig rapport, enligt avdelningens 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. - beräkna dubbel- och trippelintegraler med planpolära, cylindriska eller rymdpolära koordinater i generella fall. - använda Gauss, Greens och Stokes satser för beräkning av flödesintegraler respektive kurvintegraler. - visa likformig konvergens för funktionsserier med hjälp av Weierstrass majorantsats (M-kriteriet). - bestämma Fourierserier till periodiska funktioner.
- ställa upp PDE, inklusive begynnelse- och randvillkor, till våg- och värmeledningsproblem. - tolka randvillkor av Dirichlet-, Neumann- och Robintyp fysikaliskt. - avgöra om en PDE är linjär eller ej. - förklara superpositionsprincipen för lösning av homogena PDE. - förklara principen för finita elementmetoden. 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. - ha kännedom om metoder för att utföra beräkningar inom resursbegrepp, - redogöra för tillväxtens gränser, materialanvändning, substitution, kretslopp, miljöledning samt system för energiomvandling. - redogöra användningen av miljöpolitiska styrmedel. - redogöra för grundläggande miljöekonomiska begrepp. - redogöra för olika materials kretslopp inklusive människans inverkan på dessa. - analysera och genomföra beräkningar utifrån ett uppställt miljöproblem. - förklara begreppen solarkonstanten, transmission, reflektion och absorption. - redogöra för de effekter på miljön som olika energiomvandlingar ger upphov till. - redogöra generellt för de effekter som övergödning, försurning, växthuseffekten, minskningen av ozonlagret samt marknära ozon har på människor och natur. - redogöra generellt för de olika typer av reningsmetoder som finns för mark, luft och vatten. - redogöra för hur verktygen LCA, miljöledningssystem, miljökonsekvens-beskrivningar, miljömärkning av varor och tjänster används. 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 jämviktbegreppet. - 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/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 Rakine Cycle. 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. - förklara Archimedes princip. - tolka och använda kontinuitetsekvationen och Bernoullis ekvation vid beräkningar. - redogöra för giltigheten av Bernoullis ekvation. - beräkna tryckfall i enkla rör- och kanalsystem. - dimensionera en pumpar för enkla rör- och kanalsystem. - beräkna kraftens storlek och läge för plana ytor, t.ex. dammluckor. - redogöra för strömningsformerna laminär och turbulent samt omslagskriterier. - använda vanliga dimensionslösa tal inom strömnings- och värmelära. - redogöra för Prandtls gränsskiktsidé. - tolka och använda Fouriers värmeledningsekvation. - beskriva värmeledning som fysikaliskt fenomen i fast fas (metalliska/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/transient och tvådimensionell stationär. 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, - numeriska serier särskilt geometriska serier. - funktionsserier, potenserier och M-kriteriet för konvergens. - gradient-, divergens- och rotationsoperatorerna med fysikaliska tolkningar. - konservativa vektorfält. - Greens formel. - Gauss divergenssats. - Stokes sats. - introduktion till Fourierserier. - 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. - entropibegreppet. - termodynamiska kretsprocesser - tekniska tillämpningar, värmemotor, värmepump och Rakine Cycle. - tillståndsfunktioner. - termodynamisk jämvikt. - reversibla och irreversibla processer.
- termodynamiska potentialer. Värme- och strömningslära (7.5hp): Delkursen innehåller: - grundläggande strömningslära. - hydrostatik. - systemavgränsningar. - tryckbegreppet. - kontinuitetsekvationen. - Bernoullis ekvation. - viskositet. - laminär och turbulent strömning. - gränsskiktteori. - 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 1993-07-01 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 2007-07-01, skall de prövas mot de kriterier som karaktäriserar denna studieordning. Regler för grundutbildningen vid Karlstads universitet reglerar studenters och anställdas skyldigheter och rättigheter.
Kursen är obligatorisk på civilingenjörsprogrammet. Karlstads universitet 651 88 Karlstad Tfn 054-700 10 00 Fax 054-700 14 60 information@kau.se www.kau.se