Программа учебной дисциплины «гидроаэромеханика и тепломассообмен»




Скачать 215.89 Kb.
НазваниеПрограмма учебной дисциплины «гидроаэромеханика и тепломассообмен»
Дата конвертации12.11.2012
Размер215.89 Kb.
ТипПрограмма


ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ



МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»



Согласовано


_______________________

Утверждаю


______________________

Руководитель ООП

по направлению 220700

доц. А.А. Кульчицкий

Зав. кафедрой АТПП

доц. А.А. Кульчицкий



ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ


«ГИДРОАЭРОМЕХАНИКА И ТЕПЛОМАССООБМЕН»


Направление подготовки: 220700 Автоматизация технологических процессов и производств


Профиль: Автоматизация технологических процессов и производств в металлургии.


Квалификация (степень) выпускника: бакалавр


Форма обучения: очная


Составитель: профессор каф. АТПП Ю.В.Шариков

ассистент каф. АТПП П.В.Иванов


САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2012


1.Цели и задачи дисциплины:

Дисциплина “ Гидроаэромеханика и тепломассообмен” призвана познакомить студента, обучающегося по направлению 220700 “Автоматизация технологических процессов и производств”, с методами расчета характеристик, параметров и показателей гидроаэромеханических и тепломассообменных процессов и соответствующей аппаратуры. Для специалиста в области автоматизации технологических процессов и производств (в металлургии или в нефтепереработке) важна с двух точек зрения. Во-первых, на законах гидроаэромеханики и тепломассообмена в значительной степени основан объект автоматизации – металлургические процессы и производства, в которых как сама технология, так и ее аппаратурное оформление, теснейшим образом связаны с равновесием и движением жидких и газообразных сред и с тепломассообменными процессами. Во-вторых, автоматическое и автоматизированное управление в металлургии, с одной стороны, в большой мере заключается в управлении потоками жидких и газообразных сред и потоками теплоты, определяющими ход металлургического процесса, а с другой, - в той или иной степени использует технические средства, основанные на гидроаэромеханике и тепломассообмене.


2. Место дисциплины в структуре ООП:

Дисциплина “ Гидроаэромеханика и тепломассообмен” относится к базовая (общепрофессиональная) части профессионального цикла дисциплин. Для изучения дисциплины студенты должны знать дисциплины “ Математика”, ”Физика ”, ” Химия”, а также уметь программировать и работать на персональном компьютере в объеме курса "Программирование и основы алгоритмизации". Дисциплина в свою очередь является базой для последующего освоения курсов “Моделирование процессов и систем”, а также для курсового проектирования и выпускной бакалаврской работы.

3. Требования к результатам освоения дисциплины:

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

способностью использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);

способностью собирать и анализировать исходные информационные данные для проектирования технологических процессов изготовления продукции, средств и систем автоматизации, контроля, технологического оснащения, диагностики, испытаний, управления процессами, жизненным циклом продукции и ее качеством (ПК-1);

способностью использовать основные закономерности, действующие в процессе изготовления продукции, использовать их для производства изделий требуемого качества, заданного количества при наименьших затратах общественного труда (ПК-2);

способностью выбирать основные и вспомогательные материалы для изготовления изделий, способы реализации основных технологических процессов, аналитические и численные методы при разработке их математических моделей (ПК-3);

способностью использовать прикладные программные средства при решении практических задач профессиональной деятельности, методы стандартных испытаний по определению физико-механических свойств и технологических показателей материалов и готовых изделий, стандартные методы их проектирования, прогрессивные методы эксплуатации изделий (ПК-4);

способностью применять способы рационального использования сырьевых, энергетических и других видов ресурсов, современные методы разработки малоотходных, энергосберегающих и экологически чистых технологий (ПК-5);

способностью проводить диагностику состояния и динамики производственных объектов производств с использованием необходимых методов и средств анализа (ПК-16);

способностью участвовать в разработке математических и физических моделей процессов и производственных объектов (ПК-17);

способностью изучать и анализировать необходимую информацию, технические данные, показатели и результаты работы, обобщать их и систематизировать, проводить необходимые расчеты с использованием современных технических средств и программного обеспечения (ПК-38).


В результате изучения дисциплины студент должен:

    Знать:

  • элементы технической термодинамики;

  • законы гидростатики;

  • законы движения потоков жидкостей и газов;

  • особенности работы трубопроводов и каналов для транспортировки жидкостей и газов;

  • законы передачи теплоты теплопроводностью, конвективным и лучистым теплообменом;

  • основные закономерности массопередачи;



    Уметь:

  • использовать полученные при освоении дисциплины знания для анализа гидроаэромеханических и тепломассообменных процессов в химико-металлургической технологии и аппаратуре;

  • производить расчет характеристик, параметров и показателей гидроаэромеханических и тепломассообменных процессов и соответствующей аппаратуры;

  • производить измерение параметров жидкостных и газовых систем и тепломассообменных процессов и их регулирование.




    Владеть:

  • компьютерными методами расчета характеристик, параметров и показателей гидроаэромеханических и тепломассообменных процессов и соответствующей аппаратуры.


4. Объем дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет _4.06__ зачетных единиц.

Вид учебной работы

Всего часов

Семестры

4

5







Аудиторные занятия (всего)

51

51










В том числе:










-

-

Лекции

34

34










Практические занятия (ПЗ)
















Семинары (С)
















Лабораторные работы (ЛР)

17

17










Самостоятельная работа (всего)

73

43

30







В том числе:










-

-

Курсовой проект







30







Расчетно-графические работы




12










Реферат
















Другие виды самостоятельной работы


































Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)




Зач.

Защита







Общая трудоемкость час

зач. ед.

146













4.06














5. Содержание дисциплины

5.1. Содержание разделов дисциплины

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Содержание раздела

1

Введение

Предмет гидроаэромеханики и тепломассообмена. Их роль в автоматизации металлургического производства. Содержание учебного курса.

2

Элементы технической термодинамики

Строение жидкостей и газов с позиций современной физики. Сжимаемые и несжимаемые (капельные) жидкости. Законы объемного сжатия и теплового расширения жидкостей и газов. Плотность, удельный вес, удельный объем. Идеальные и реальные жидкости. Закон внутреннего трения Ньютона. Вязкость жидкостей и газов. Газовые законы. Уравнение газового состояния. Параметры газовой смеси. Основные уравнения первого начала термодинамики. Теплоемкость системы. Изохорная и изобарная, истинная и средняя теплоемкости газов. Политропный газовый процесс и его частные случаи. Уравнения политропы. Теплота, работа, изменение внутренней энергия и энтальпии в газовых процессах. Диаграммы р-V и Т-S газовых процессов. Водяной пар и влажный газ, их основные характеристики. Второе начало термодинамики. Цикл Карно. Термический к.п.д. системы. Реальные циклы. Цикл работы двигателя внутреннего сгорания.

3

Статика жидкостей и газов

Гидростатическое давление в точке и его свойства. Основные уравнения статики жидкостей и газов. Сообщающиеся сосуды и равновесия в них жидкостей и газов. Статика дымовой трубы. Измерение давления сообщающимися сосудами. Избыточное давление, разрежение, вакуум. Единицы измерения давления. Закон Паскаля. Сила давления жидкости на плоскую и криволинейную стенки. Закон Архимеда и плавание тел. Относительное равновесие жидкостей. Удельная энергия жидкостей. Напоры покоящейся жидкости.

4

Основные законы гидроаэродинамики

Основные понятия гидродинамики. Уравнения: неразрывности, движения идеальной жидкости Эйлера, Бернулли, движения вязкой жидкости Навье-Стокса, изменения количества движения. Использование уравнений в инженерных задачах.Элементы газовой динамики. Течение газа в сужающемся канале. Течение газа в расширяющемся канале. Сопло Лаваля. Прямой скачок уплотнения. Косой скачок уплотнения. Связь между скоростями течения газа и скоростью звука, число Маха. Потенциальное и вихревое течение жидкости. Циркуляция скорости. Подъемная сила. Теорема Н. Е. Жуковского. Источники и стоки. Комплексный потенциал. Вихревое течение.

5

Энергия потоков

Напоры движущейся жидкости. Общее уравнение энергии для потока сплошной жидкости. Уравнение энергии для потока несжимаемой жидкости. Уравнение Бернулли для потока несжимаемой жидкости. Уравнение энергии для напорного и безнапорного течения жидкости. Диаграммы напоров. Полный напор насосной установки. Уравнение энергии для потока газа в общем виде, в механической (уравнение Бернулли для газа) и термической (уравнение энтальпий) формах. Располагаемая работа газового потока. Изотермическое и адиабатическое течение потоков газа. Полная работа сжатия воздухоподающих машин.

6

Гидравлические сопротивления

Виды гидравлических сопротивлений. Потери напора на трение; формула Дарси-Вейсбаха. Режимы движения жидкости. Структура ламинарного и турбулентного потоков. Закон распределения касательных напряжений по поперечному сечению потока. Параметры потока и потери напора на трение при ламинарном течении в трубах. Потери напора на трение при турбулентном режиме течения. Потери на трение при движении газов. Расчет газопроводов и газоходов. Расчет безнапорных каналов. Местные гидравлические сопротивления и их расчет.

7

Гидравлический расчет трубопроводов

Классификация трубопроводов. Обобщенные параметры трубопроводов. Соединение трубопроводов. Расчет простых трубопроводов. Расчет длинных трубопроводов в квадратичной и неквадратичной области сопротивления. Основы расчета сложных трубопроводов. Расчет коротких трубопроводов. Расчет трубопроводов для газов при малых и больших перепадах давления. Расчет газоходов печей. Напорная характеристика трубопровода.

8

Истечение жидкостей и газов

Истечение жидкости через отверстия в тонкой стенке. Коэффициенты истечения. Истечение под уровень. Истечение жидкости через насадки. Особые случаи истечения жидкости. Истечение газов при малых и больших перепадах давления. Критические параметры истечения газов. Истечение газов через сопла.

9

Основные положения теплообмена. Теплопроводность

Виды теплообмена. Температурное поле, градиент температуры. Стационарные и нестационарные процессы теплообмена. Основные характеристики теплопередачи.

Теплопроводность. Постулат Фурье. Коэффициент теплопроводности. Дифференциальное уравнение теплопроводности Фурье. Решение дифференциального уравнения теплопроводности для одномерного стационарного теплового потока. Решение задач теплопроводности для многослойной плоской стенки с учетом температурной зависимости коэффициента теплопроводности. Теплопередача от газа к газу (жидкости к жидкости) через стенку. Коэффициенты теплообмена. Лимитирующие стадии теплопередачи. Теплопроводность и теплопередача в цилиндрической стенке. Критический диаметр теплоизоляции. Общий вид решения уравнения Фурье для нестационарной теплопроводности. Краевые и граничные условия. Критерии Био и Фурье, безразмерная температура. Решение задач нестационарной теплопроводности для тел простой формы. Регулярный тепловой режим.

10

Конвективный теплообмен

Механизм конвективного теплообмена. Связь тепловых и гидродинамических явлений при конвективном теплообмене. Коэффициент конвективного теплообмена; факторы, его определяющие. Принципы теоретического описания конвекции. Понятие о теории подобия и моделировании. Критерии гидромеханического и теплового подобия. Общий вид критериальных уравнений конвективного теплообмена. Критериальные уравнения для наиболее общих случаев естественной и вынужденной конвекции. Процесс кипения жидкости, его механизм, температурные характеристики. Процесс кипения и структура парожидкостного потока в парогенерирующей трубе. Коэффициент теплоотдачи при кипении. Пузырьковое и пленочное кипение. Кризисы теплообмена 1-го и 2-го рода.

11

Лучистый теплообмен

Общие данные об электромагнитном излучении. Излучательная, отражательная, поглощающая, пропускательная способности тел. Законы Планка, Стефана—Больцмана, Вина, Кирхгофа, Ламберта, Кеплера. Приведенный коэффициент излучения. Излучение газов. Лучистый теплообмен в газовом пространстве пламенных печей. Сложный теплообмен.

12

Массообмен

Общие сведения о массообмене. Первый закон Фика. Коэффициент диффузии. Коэффициент массоотдачи. Второй закон Фика. Критерии подобия массообменных процессов и критериальные уравнения.


5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

№ п/п

Наименование обеспе-чиваемых (последую-щих) дисциплин

№ № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1.

Автоматизация технологических процессов (по профилям)




























2.

Выпускная бакалаврская работа




























5.3. Разделы дисциплин и виды занятий

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Лекц.

Практ.

зан.

Лаб.

зан.

Семин

СРС

Все-го

час.

1

Введение

1













1

2

Элементы технической термодинамики

2




1







3

3

Статика жидкостей и газов

3













3

4

Основные законы гидроаэродинамики

2













2

5

Энергия потоков

2




2







4

6

Гидравлические сопротивления

4




2







6

7

Гидравлический расчет трубопроводов

2




2







4

8

Истечение жидкостей и газов

2




2







4

9

Основные положения теплообмена. Теплопроводность

4




2







6

10

Конвективный теплообмен

4




2







6

11

Лучистый теплообмен

4




2







6

12

Массообмен

4




2







6


6. Лабораторный практикум

№ п/п

№ раздела дисциплины

Наименование лабораторных работ

Трудо-емкость

(час.)

1

2

Определение параметров влажных газов.

1

2

5

Проверка уравнения Бернулли. Построение диаграммы напоров.

2

3

6

Изучение режимов течения жидкостей. Измерение коэффициентов трения и местных сопротивлений трубопроводов.

2

4

7

Снятие характеристики трубопровода (сети).

2

5

8

Изучение законов истечения несжимаемых жидкостей и газов.

2

6

9

Измерение коэффициента теплопроводности. Изучение нестационарной теплопроводности.

2

7

10

Измерение коэффициента теплоотдачи методом регулярного теплового режима. Измерение коэффициента теплопередачи теплообменника.

2

8

11

Измерение коэффициента излучения твердого тела. Измерение коэффициента сложного теплообмена.

2

9

12

Проверка первого закона Фика. Измерение коэффициента массопереноса.

2


7. Практические занятия (семинары) не предусмотрены.

№ п/п

№ раздела дисциплины

Тематика практических занятий (семинаров)

Трудо-емкость

(час.)














8. Примерная тематика курсовых проектов (работ)

1) Расчет процессов нагрева металлических слитков в методических печах.

2) Расчет процесса теплоотдачи факела в трубчатой вращающейся печи.

3) Расчет процесса потерь тепла с внешней поверхности трубчатой печи.

4) Расчет рекуперативного теплообменника типа труба в трубе.

5) Расчет рекуперативного кожухотрубного теплообменника.

6) Расчет теплообменника регенеративного типа.

7) Расчет водяного охлаждения головки анода при электролитическом получении магния.


9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

а) основная литература

  1. Лаврентьев М. А., Шабат Б. В. Проблемы гидродинамики и их математические модели. — Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2003, 416 стр.

  2. Ламб Г. Гидродинамика. Том I. — Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2003, 452 стр.

  3. Ламб Г. Гидродинамика. Том П. - Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2003, 482 стр.

  4. Гальнбек А.А. Гидроаэромеханика в металлургическом производстве. Л.; РИО ЛГИ, 1991. 131 с.

  5. В.С. Швыдкий, М. Г. Ладыгичев, В. С. Шаврин. Математические методы теплофизики: Учебник для вузов. — М.: "Машиностроение", 2001. — 232 с.

  6. Кривандин В.А., Арутюнов В.А., Белоусов В.В. и др Теплотехника металлургического производства. Т. 1т. Теоретические основы: Учебное пособие для вузов М.: «МИСИС, 2002. - 608 с.

  7. Кривандин В.А., Белоусов В.В., Сборщиков Г.С. и др. Теплотехника металлургического производства. Т. 2. Конструкция и работа печей: Учебное пособие для вузов М.: МИСИС , 2001. - 736 с.


б) дополнительная литература

  1. Стернин Л.Е. Основы газовой динамики. М. : изд. МАИ, 1995. 332 с.

  2. Телегин А.С. Тепло–массоперенос. / А.С. Телегин, В.С. Швыдкий, Ю.Г. Ярошенко. М.:Металлургия, 1995. 400 с.

  3. Кунтыш В. Б., Бессонный А. Н., Дрейцер Г. А., Егоров И. Ф. Примеры расчетов нестандартизованных эффективных теплообменников./Под ред. В. Б. Кунтыша и А. Н. Бессонного. — СПб.: Недра, 2000. — 300 с,

  4. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. Справочное пособие. М.: Энергоатомиздат, 1990. 366 с.

в) программное обеспечение

Освоение дисциплины осуществляется с помощью специальных компьютерных математических пакетов Excel, RTD, ReactOp, Thermex, ASPEN, Matlab.


г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы

сайт Aspen.

10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:

Учебные лабораторные установки учебно–научных лабораторий кафедры: АТПП и компьютерный центр кафедры c специальным программным обеспечением. Лекции по дисциплине проводятся в аудиториях, оснащённых мультимедийным оборудованием.


11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:

Значительную часть времени (30 часа) самостоятельной работы студентов занимает выполнение курсового проекта. Последний состоит в разработке устройства (аппарата), работа которого основана на закономерностях гидроаэромеханики и тепломассообмена, и включает пояснительную записку с расчетом и графическую часть – общий вид устройства. Каждый студент получает индивидуальную тему курсового проекта.

Около 12 часов самостоятельной работы студентов затрачивается на выполнение в 4 семестрах домашних расчетно – графических работ. Остальное время отводится на домашнюю проработку лекционного материала.

Практические занятия проводятся в аудиториях, снабженными компьютерами с специальным программным обеспечением, а также программными средствами для проведения компьютерных телеконференций (средствами удаленного доступа к рабочим столам). Для текущего контроля используются собеседование с преподавателем при защите лабораторных работ.


Разработчик:

Каф. АТПП профессор Ю.В. Шариков


Каф. АТПП доцент А.Ю.Фирсов


Каф. АТПП ассистент П.В.Иванов


Эксперты:


_____________ _____________________ ____________________


_____________ _____________________ ____________________



Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Программа учебной дисциплины «гидроаэромеханика и тепломассообмен» iconПрограмма учебной дисциплины «тепломассообмен»
Учебная дисциплина "Тепломассообмен" — обязательная дисциплина федеральных государственных образовательных стандартов всех направлений...

Программа учебной дисциплины «гидроаэромеханика и тепломассообмен» iconПрограмма учебной дисциплины «тепломассообмен»
Учебная дисциплина "Тепломассообмен" — обязательная дисциплина федеральных государственных образовательных стандартов всех направлений...

Программа учебной дисциплины «гидроаэромеханика и тепломассообмен» iconПрограмма учебной дисциплины «Гидроаэромеханика при бурении»
Специализация: «Технология и техника разведки месторождений полезных ископаемых»

Программа учебной дисциплины «гидроаэромеханика и тепломассообмен» iconРабочая программа учебной дисциплины гидроаэромеханика и теплообмен в бурении
...

Программа учебной дисциплины «гидроаэромеханика и тепломассообмен» iconПрограмма учебной дисциплины «тепломассообмен»
Первое высшее техническое учебное заведение россии министерство образования и науки российской федерации

Программа учебной дисциплины «гидроаэромеханика и тепломассообмен» iconУчебно-методический комплекс по дисциплине «Тепломассообмен»
Разработан на основании Государственного общеобязательного стандарта высшего образования специальности 050717 «Теплоэнергетика» госо...

Программа учебной дисциплины «гидроаэромеханика и тепломассообмен» iconПрограмма учебной дисциплины «Гидроаэромеханика»
Задачи курса: Изучение основных разделов гидроаэромеханики, развитие навыков самостоятельно ставить и решать задачи, связанные с...

Программа учебной дисциплины «гидроаэромеханика и тепломассообмен» iconПрограмма учебной дисциплины оп. 01. Основы экономики организации > 3 Программа учебной дисциплины оп. 02. Охрана труда > 3 Программа учебной дисциплины оп.
Областного Государственного базового образовательного учреждения начального профессионального образования «Профессионального лицея...

Программа учебной дисциплины «гидроаэромеханика и тепломассообмен» iconРабочая программа учебной дисциплины гражданское право. Часть (наименование учебной дисциплины) Направление подготовки 030500. 62 «Юриспруденция»
Рабочая программа учебной дисциплины одобрена на заседании кафедры гражданского права

Программа учебной дисциплины «гидроаэромеханика и тепломассообмен» iconРабочая программа учебной дисциплины гражданское процессуальное право (гражданский процесс) (наименование учебной дисциплины) Специальность: 030501. 65 «Юриспруденция»
Рабочая программа учебной дисциплины одобрена на заседании кафедры трудового, экологического права и гражданского процесса


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница