Υπολογιστικό Εργαστήριο

Εισαγωγικά

Η συμμετοχή των φοιτητών στο Υπολογιστικό Εργαστήριο του μαθήματος έχει σκοπό την επαφή τους και τη στοιχειώδη εξοικείωση τους με υπολογισμούς στα "Φαινόμενα Μεταφοράς", συμπληρωματικά με τη θεωρητική διδασκαλία και την επίλυση και παράδοση συμβατικών (δηλ. αναλυτικών - με "χαρτί και μολύβι") ασκήσεων.

Με τους υπολογισμούς είναι εφικτή η αντιμετώπιση προβλημάτων πιο ρεαλιστικών από αυτά που λύνονται στα βιβλία ή στον πίνακα. Η εκπαίδευση στους υπολογισμούς και η εφαρμογή τους θα γίνει στο Eργαστήριο Προσωπικών Υπολογιστών (PC-lab) της Σχολής με το εμπορικό πακέτο COMSOL Multiphysics.  To COMSOL Multiphysics επιλύει προσεγγιστικά τις εξισώσεις των Φαινομένων Μεταφοράς με βάση τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων (Finite Element Method) - από τις πλέον δημοφιλείς όχι μόνο για προβλήματα ενδιαφέροντος χημικού μηχανικού αλλά και μηχανολόγου μηχανικού, πολιτικού μηχανικού, ηλεκτρολόγου μηχανικού, φυσικού  κ.α. Το σημαντικότερο πλεονέκτημα της εκπαίδευσης των φοιτητών στους υπολογισμούς μέσω του COMSOL Multiphysics είναι ότι οι δυνατότητες χρήσης του δεν εξαντλούνται στο πλαίσιο ενδιαφέροντος του μαθήματος "Φαινόμενα Μεταφοράς Ι" - στο πλαίσιο του οποίου, άλλωστε, δεν υπάρχει περιθώριο χρόνου αλλά ούτε και το απαραίτητο γνωστικό υπόβαθρο παρά μόνο για μια στοιχειώδη εξοικείωση και απλές εφαρμογές. Το COMSOL Multiphysics είναι πολύτιμο εργαλείο για υπολογισμούς και στα επόμενα χρόνια των προπτυχιακών σπουδών αλλά και μετά τις σπουδές, για επαγγελματικούς και ερευνητικούς υπολογισμούς.

Πρόσφατα έγινε προμήθεια από το ΕΜΠ της τελευταίας έκδοσης του λογισμικού αυστηρά για εκπαιδευτική χρήση με δυνατότητα ταυτόχρονης χρήσης 30 αδειών λειτουργίας. Οι φοτητές μπορούν να κατεβάσουν και να εγκαταστήσουν το COMSOL στο προσωπικό τους υπολογιστή ακολουθώντας τις οδηγίες που παρουσιάζονται αναλυτικά στον Οδηγό Εγκατάστασης.

Στο Υπολογιστικό Εργαστήριο συμμετέχουν οι φοιτητές του τρέχοντος 4ου εξαμήνου σε μη υποχρεωτική βάση και κατ' εξαίρεση άλλων εξαμήνων. Σημειώνεται ότι από το επόμενο ακαδημαϊκό έτος (2019-2020), το εργαστήριο θα προσφέρεται μόνο στους φοιτητές  του κανονικού ( 4ου) εξαμήνου. Οι συμμετέχοντες θα κατανεμηθούν σε τμήματα, και κάθε φοιτητής θα εκπαιδευθεί συνολικά για 3 δίωρα. H εκπαίδευση θα γίνει στο PC-lab της Σχολής, με συντονίστρια τη Δρα Eλένη Κορωνάκη με υποστήριξη από τους υποψήφιους διδάκτορες, Παύλο Γκίνη και  Γιώργο Γάκη και προπτυχιακούς φοιτητές.

Για τη διευκόλυνση της παρακολούθησης των εργαστηρίων από τους φοιτητές και της μελέτης και εκπόνησης του τελικού υπολογιστικού θέματος, δίνονται παρακάτω οι αναλυτικοί οδηγοί εκτέλεσης (tutorials) για τα παραδείγματα που θα παρουσιαστούν στο υπολογιστικό εργαστήριο:

Παράδειγμα 1 : Μεταφορά θερμότητας σε κυκλική πλάκα

Παράδειγμα 2: Μεταφορά θερμότητας σε αγωγό από αλουμίνιο

Παράδειγμα 3: Ροή Hagen-Poiseuille

Παράδειγμα 4: Ροή σε κανάλι με απότομη αύξηση διατομής

Η κατανομή των φοιτητών στα τμήματα θα τηρηθεί αυστηρά με σκοπό να επιτευχθεί  η επιθυμητή αναλογία των 2 ασκουμένων ανά θέση εργασίας.

Η χρήση των υπολογιστών του PC-lab απαιτεί άδεια πρόσβασης, δηλ. όνομα (username) και κωδικό (password), για κάθε χρήστη. Πρέπει, λοιπόν, οι φοιτητές που πρόκειται να συμμετέχουν, και δεν έχουν ήδη πρόσβαση, να περάσουν από το PC-lab πριν την έναρξη της εκπαίδευσης για να ζητήσουν και να τους δοθεί επί τόπου όνομα και κωδικός. Το όνομα και ο κωδικός, εκτός από την πρόσβαση, διασφαλίζουν και την ακεραιότητα του προσωπικού (ψηφιακού) χώρου εργασίας (αρχείων κ.λ.π.) κάθε χρήστη στους υπολογιστές του PC-lab, όχι μόνο κατά τη διάρκεια της εκπαίδευσης αλλά - και αυτό είναι το πιο σημαντικό - κατά την επόμενη φάση των υπολογισμών.

Μετά το τέλος της εκπαίδευσης τους στο COMSOL Multiphysics, οι φοιτητές εργάζονται μόνοι τους στο PC-lab στο οποίο οι  θέσεις εργασίας είναι δεσμευμένες γι' αυτούς τα ίδια δίωρα με αυτά της εκπαίδευσης τους. Φυσικά, οι φοιτητές μπορούν να εργάζονται στο PC-lab και εκτός των συγκεκριμένων διώρων, αν υπάρχουν διαθέσιμες θέσεις εργασίας. Η συμμετοχή των φοιτητών στο Υπολογιστικό Εργαστήριο ολοκληρώνεται με την επίλυση υπολογιστικών προβλημάτων και παράδοση αντίστοιχων εκθέσεων. Η παράδοση των ασκήσεων μαζί με την εξέταση στο PC-lab σε αυτές συνεισφέρει 40% (θετικά) στον τελικό βαθμό του μαθήματος.

Γενικά περί Multiphysics

Eπισκεφθείτε την κεντρική ιστοσελίδα της COMSOL: http://www.comsol.com/

• Σύντομη περιγραφή του πακέτου : http://www.comsol.com/products/multiphysics/