Московский энергетический институт (технический университет)




Скачать 175.95 Kb.
НазваниеМосковский энергетический институт (технический университет)
Дата конвертации20.03.2013
Размер175.95 Kb.
ТипДокументы
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ


(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)


ИНСТИТУТ ЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИЯ И МЕХАНИКИ (ЭнМИ)
___________________________________________________________________________________________________________


Направление подготовки: 141100 Энергетическое машиностроение

Профиль(и) подготовки: Производство энергетического оборудования

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"ТЕПЛОМАССООБМЕН"



Цикл:

профессиональный




Часть цикла:

вариативная




дисциплины по учебному плану:

ЭнМИ : Б2.11




Часов (всего) по учебному плану:

108




Трудоемкость в зачетных единицах:

3


5 семестр –3;



Лекции

36 час

5 семестр

Практические занятия

18 час

5 семестр

Лабораторные работы







Расчетные задания, рефераты

10 час самостоят. работы

5 семестр

Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

54 час

5 семестр

Экзамены

36 час

5 семестр

Курсовые проекты (работы)

Не предусмотрены

5 семестр



Москва - 2010

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является изучить принципы тепломассообмена как комплексной научной и инженерной дисциплины, включающей гидродинамику, а также методы их применения для анализа и расчета процессов, происходящих на электрических станциях (включая АЭС) и других теплоэнергетических и теплотехнических установках. В результате изучения дисциплины студенты должны освоить методы расчета основных процессов тепломассообмена: теплопроводности в элементах конструкций, тепломассообмена при свободной и вынужденной конвекции, двухфазного тепломассообмена, радиационного теплообмена, уметь рассчитывать теплообменные аппараты и применять методы интенсификации теплопередачи.



По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

  • самостоятельно работать, принимать решения в рамках своей профессиональной деятельности (ОК-7);

  • анализировать различного рода рассуждения, публично выступать, аргументировано вести дискуссию и полемику (ОК-12);

  • использовать основные законы естественно-научных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического исследования (ПК-2);

  • рассчитывать количественные характеристики процессов, протекающих в конкретных технических системах на основе существующих методик (ПК-8, ПСК-2);

  • выполнять численные и экспериментальные исследования, проводить обработку и анализ результатов (ПК-10).

  • к проведению измерений и наблюдений, составлению описания проводимых исследований, подготовке данных для составления обзоров, отчетов и научных публикаций (ПК-19);


Задачами дисциплины являются:

  • обеспечение базовой и профессиональной теплотехнической подготовки, включающей освоение принципов и современных расчетных методов тепломассообмена для анализа, расчета и оптимизации процессов и установок в атомной энергетике, тепловой энергетике и других теплотехнологиях;

  • обучение методам расчета основных процессов тепломассообмена: теплопроводности в элементах конструкций, тепломассообмена при свободной и вынужденной конвекции, двухфазного тепломассообмена, радиационного теплообмена, а также основам расчета теплообменных аппаратов;

  • обучение основам компьютерного моделирования тепломассообменных процессов и установок.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю : производство энергетического оборудования направления 141100 Энергетическое машиностроение.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: "Математика", "Физика", "Химия", «Техническая термодинамика».

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и изучении дисциплин ”Радиационный теплообмен”, “Котлы“, “Газотурбинные установки”, “Паротурбинные установки и двигатели”.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины, обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:


Знать:

  • основные принципы тепломассообмена и методы математического моделирования тепломассообменных процессов и установок (ПК-2, ПК-3);

  • методики расчета процессов теплопроводности в элементах конструкций, тепломассообмена при свободной и вынужденной конвекции, двухфазного тепломассообмена, радиационного теплообмена (ПСК – 2, ПК-8, ПСК – 3);

  • методики расчета теплообменных аппаратов АЭС и принципы и методы интенсификации теплопередачи (ПСК – 3, ПСК – 9);

  • основные источники научно-технической информации о новых разработках в области тепломассообмена (ПК-4)

  • основные источники информации о теплофизических свойствах теплоносителей АЭС (ОК-11, ПК-6);


Уметь:

  • самостоятельно анализировать процессы тепломассообмена и принимать оптимальные решения при конструировании и эксплуатации тепломассообменнного оборудования (ОК-7);

  • самостоятельно ставить и решать задачи теплогидравлических процессов и выполнять численные расчеты (ПСК – 3, ПСК – 4);

  • разрабатывать компьютерные модели теплогидравлических процессов

  • пользоваться справочными данными теплофизических свойств теплоносителей (ОК-6, ПК-9).


Владеть:

  • навыками проведения научно-технических докладов, участия в профессиональной дискуссии (ОК-2, ОК-12);

  • основами термодинамического анализа рабочих процессов в тепловых машинах, определения параметров их работы, тепловой эффективности (ОК-6, ПК-6);

  • основными методами измерений, обработки результатов и оценки погрешностей измерений (ПК-18);

  • методиками лабораторного определения теплофизических свойств материалов (ПК-19);

  • терминологией в области тепломассообмена (ОК-2).


СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единиц, 108 часов.



п/п

Раздел дисциплины.

Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)

Всего часов на раздел

Семестр

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости

(по разделам)


лк

пр

лаб

сам.

1

2

3

4

5

6

7

8

9




1

Принциры тепломассообмена

6

5

2

2

-

2

Устный опрос

2

Теплопроводность

18

5

8

2

-

8

Контрольная работа

3

Инженерные методы расчета тепломассообмена

14

5

2

2

-

10

Защита расчетного задания

4

Конвективный тепломассообмен

22

5

8

4

-

10

Устный опрос

5

Двухфазный теплообмен

22

5

6

4

-

12

Контрольная работа

6

Теплообмен излучением


20

5

6

4

-

10

Устный опрос




Зачет

2

5

-

-

-

2

Собеседование




Экзамен

36

5

-

-

-

36

Устный




Итого

108

5

36

18




54






4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции

1. Принципы тепломассобмена


Законы переноса теплоты, вещества, импульса. Теплообмен. Температурное поле. Изотермы. Градиент температуры. Плотность теплового потока. Закон теплопроводности Фурье. Конвективный перенос энергии. Массообмен. Концентрация компонентов смеси. Плотность потока массы. Закон диффузии Фика. Энтальпия смеси. Кондуктивный поток энергии при наличии диффузии.

Законы сохранения. Дифференциальные уравнения тепломассообмена. Общая форма балансового уравнения. Закон сохранения массы, уравнение неразрывности. Закон сохранения 1-компонента, уравнение конвективной диффузии. Закон сохранения энергии, уравнение энергии. Закон сохранения импульса, уравнение движения. Система дифференциальных уравнений конвективного тепломассообмена. Термодинамические соотношения и свойства теплоносителей.


2 Теплопроводность


Дифференциальное уравнение теплопроводности. Краевые условия. Типы граничных условий. Одномерные стационарные задачи теплопроводности. Плоская стенка. Цилиндрическая стенка. Сферическая стенка. Теплопередача. Критический диаметр изоляции. Принципы интенсификации теплопередачи. Интенсификация посредством оребрения. Теплопроводность вдоль стержня. Теплопроводность тел с внутренними источниками теплоты. Плоское тело. Цилиндрическое тело.

Нестационарная теплопроводность. Дифференциальные уравнения и краевые условия. Пластина. Цилиндр. Нестационарная теплопроводность тел, образованных пересечением пластин и цилиндров.

Численные методы теплопроводности. Метод контрольного объема для получения конечно-разностных аппроксимаций уравнения теплопроводности. Явные и неявные численные методы. Метод прогонки. Обзор математических пакетов для численного анализа.


3 Инженерные методы расчета тепломассообмена в энергетических установках



Расчет теплоотдачи в элементах теплообменных устройств. Методы подобия и размерностей. Теплоотдача при продольном обтекании пластины. Теплоотдача в поперечно-обтекаемых пучках труб. Теплоотдача в трубах. Теплообмен и сопротивление при течении в кольцевых каналах. Теплообмен и сопротивление при продольном обтекании пучков труб. Теплоотдача при свободной конвекции. Интенсификация теплообмена. Аналогия процессов тепло - и массообмена.

Основные соотношения для расчета теплообменников. Типы теплообменников и схемы движения теплоносителей. Изменение температур теплоносителей и средний температурный напор для прямотока, противотока и перекрестного тока. Эффективность теплообменника. Тепловой и гидравлический расчет теплообменников. Методы интенсификации теплопередачи. Методы оценки энергетической эффективности теплообменников.

4 Конвективный тепломассообмен


Теория пограничного слоя. Оценка порядка величин в дифференциальных уравнениях конвективного теплообмена для течений с большими числами Рейнольдса. Уравнения пограничного слоя. Преобразование подобия. Автомодельные переменные. Интегрирование уравнения Фолкнера-Скэн для пограничных слоев. Интегрирование уравнения теплового пограничного слоя. Интегрирование уравнений свободноконвективных пограничных слоев.

Интегральный метод решения задач пограничного слоя. Законы трения, теплообмена, массообмена. Стандартные законы. Условия ламинарно-турбулентного перехода.

Расчет теплоотдачи при различных тепловых граничных условиях на обтекаемой поверхности.

Расчетные модели турбулентности в задачах конвективного теплообмена. Модели пути смешения. Дифференциальное уравнение переноса турбулентной энергии. Модель турбулентности k-eps.

Численное моделирование конвективного тепломассообмена и универсальные программные пакеты.

5 Двухфазный теплообмен


Условия динамического и теплового взаимодействия на поверхности раздела фаз. Структуры, режимы и количественные характеристики двухфазных потоков.

Теплообмен при кипении. Кривые кипения. Физика кипения. Модели теплообмена при пузырьковом кипении. Плотность центров парообразования. Рост пузырька пара в перегретой жидкости. Коэффициент теплоотдачи при пузырьковом кипении. Расчетные соотношения для кипения в большом объеме. Кризис кипения. Пленочное кипение. Кипение в трубах. Структура потока и режимы кипения. Диагностика кризисов кипения в зависимости от давления, массовой скорости и паросодержания.

Теплообмен при конденсации. Пленочные течения. Теплообмен при конденсации на гравитационных ламинарных пленках жидкости. Гравитационные турбулентные пленки. Сдвиговые ламинарные пленки. Сдвиговые турбулентные пленки. Расчет трения на межфазной границе. Универсальные аппроксимации для расчета теплообмена при конденсации. Конденсация на трубных пучках. Конденсация в трубах. Влияние примесей неконденсирующихся газов. Конденсация при непосредственном контакте на сплошных и диспергированных струях жидкости. Расчет тепломассообмена при конденсации парогазовой смеси.


6 Излучение


Основные понятия и законы. Количественные характеристики излучения. Классификация потоков излучения. Закон Кирхгофа. Законы излучения абсолютно черного тела. Излучение и поглощение нечерных тел.

Теплообмен излучением в прозрачной среде. Понятие углового коэффициента излучения. Расчет угловых коэффициентов. Замкнутая система поверхностей. Аналитические решения для простых систем. Примеры, приложения. Радиационные и конвективные тепловые потоки. Граничные условия. Задача о радиационных заморозках. Задача об экранных поверхностях нагрева. Компьютерное моделирование.

Теплообмен излучением в системе с излучающим и поглощающим газом. Расчет излучения и поглощения газов. Уравнение переноса излучения. Замкнутая система поверхностей. Радиационно-конвективный теплообмен в камере сгорания. Компьютерное моделирование.


4.2.2. Практические занятия

№1. Расчет теплопередачи через плоские, цилиндрические и сферические стенки.

№2. Расчет теплоотдачи и критического диаметра изоляции.

№3. Расчет теплопередачи через оребренные поверхности.

№4. Расчет нестационарной теплопроводности пластины и цилиндра.

№5. Расчет теплоотдачи при свободной конвекции.

№6. Расчет теплоотдачи при обтекании пластины.

№7. Расчет теплоотдачи в трубных пучках.

№8. Расчет теплоотдачи и сопротивления при течении однофазной жидкости в трубах и каналах.

№9. Расчет характеристик двухфазных потоков.

№10. Расчет теплоотдачи при кипении на поверхности. Расчет кризисов кипения 1-го рода.

№11. Расчет теплоотдачи при кипении в трубах.

№12. Расчет кризисов 2-го рода.

№13. Расчет теплообмена при конденсации пара на поверхности вертикальной

пластины (трубы).

№14. Расчет теплообмена при конденсации пара на поверхности горизонтальной

трубы.

№15. Расчет теплообмена излучением для простых систем.

№16. Расчет угловых коэффициентов излучения для сложных систем.

№17. Расчет результирующих потоков излучения для сложных систем.

№18. Расчет теплообмена излучением в системе с излучающим и поглощающим газом.


4.3. Лабораторные работы


4.4. Расчетные задания

  1. Тепловой и гидравлический расчет регенеративного теплообменника методом численного моделирования в пакете Mathcad.

  2. Тепловой расчет конденсатора (водяное и воздушное охлаждение) методом численного моделирования в пакете Mathcad.

  3. Исследование нестационарных температурных режимов стенок цилиндра с воздушным и водяным охлаждением в пакете Mathcad.

  4. Расчет нестационарных температурных полей в телах параллелепипедной, цилиндрической, сферической формы.

  5. Исследование эффективности оребрения различной геометрии.

  6. Компьютерное моделирование локальной теплоотдачи при продольном обтекании пластины в пакете Mathcad.

  7. Расчет эффективных, результирующих потоков в котле ТЭС методом численного моделирования в пакете Mathcad.



4.5. Курсовые проекты и курсовые работы

Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен».

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия

При чтении лекций образовательные технологии не предусмотрены.

Практические занятия

На практических занятиях студенты осваивают методику инженерных расчетов процессов тепломассообмена. Изучаются необходимые численные алгоритмы и их программная реализация в математическом пакете Mathcad.

Лабораторные работы

Разработаны в рамках Электронного курса тепломассообмена (А.П..Солодов, http://twt.mpei.ac.ru/solodov/HMT-eBook_2009/index.htm) следующие лабораторные работы на основе компьютерных моделей процессов тепломассообмена:

  1. Исследование импульсных и периодических тепловых воздействий (Mathcad-приложение)

  2. Измерение теплопроводности воздуха методом нагретой нити (лабораторные измерения с последующей компьютерной обработкой данных и анализом компьютерной модели метода нагретой нити).

  3. Метод линейного источника для измерения теплофизических свойств. Работа с компьютерной моделью метода. Mathcad-приложение.

  4. Измерение теплоотдачи при поперечном обтекании цилиндра (лабораторные измерения с последующей компьютерной обработкой данных и анализом локальной теплоотдачи на компьютерной модели, Mathcad-приложение)

  5. Компьютерная модель парогенерирующего канала. Mathcad приложение.

  6. Численное моделирование температурных полей радиационных поверхностей. Mathcad-приложение,

  7. Сравнительное исследование прямоточных и противоточных теплообменников. Mathcad-приложение,

  8. Оптимизация теплообменника . Mathcad приложение


Объем обучения с применением информационных технологий, разработанных на кафедре- 4 часа.

Самостоятельная работа

Для самостоятельной работы студентов рекомендуется использовать Электронный курс тепломассообмена в энергетических установках:

http://twt.mpei.ac.ru/solodov/HMT-eBook_2009/index.htm состоящий из электронной книги с изложением теории тепломассообмена, компьютерных лабораторных работ, презентаций и представительного набора Mathcad-программ.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов, контрольные работы, расчетные задания, устный опрос.

Аттестация по дисциплине – экзамен

Оценка за освоение дисциплины, определяется как оценка на экзамене

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

  1. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С.. Теплопередача. М.: Энергоатомиздат. 1981. – 417 с.

  2. Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А. Тепломассообмен. Учебное пособие для студентов.− 3-е изд., стереот.− М.: Издательство МЭИ, 2006. −550с.

  3. Цветков Ф.Ф., Р.В.Керимов, В.И.Величко. Задачник по тепломассообмену. М.: Издательство МЭИ. 1997. 136 с.

  4. Солодов А.П., Ежов Е.В. Элементарные модели теплообмена при конденсации. Учебное пособие для студентов. − М.: Издательство МЭИ, 2006. −51с.

б) дополнительная литература:

  1. Лабунцов Д.А., Ягов В.В. Механика двухфазных систем. М.: Издательство МЭИ, 2000. 374 с.

  2. Петухов Б.С., Генин Л.Г., Ковалев С.А.. Теплообмен в ядерных энергетических установках. М.: Энергоатомиздат. 1986. 472 с.

  3. Практикум по теплопередаче. /Под ред. А.П.Солодова. М.:Энергоатомиздат. 1986. 296 с.

  4. Солодов А.П. Принципы тепломассообмена. М.: Издательство МЭИ, 2002. 96 с.

  5. Солодов А.П., Очков В.Ф.. Mathcad.  Дифференциальные модели. −М.: Издательство МЭИ, 2002. −239с.

  6. А.П. Солодов. Электронный курс “Tепломассообмен в энергетических установках”. http://twt.mpei.ac.ru/solodov/HMT-eBook_2009/index.htm

в) Методические указания.

1. Барковский В.В. Расчет процессов изменения состояния воды по справочнику «Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара».-М.: Издательский дом МЭИ, 2008.-32 с.

г) Описания лабораторных работ.

1. Описания лабораторных работ, проводимых в учебной лаборатории тепломассообмена кафедры Теоретических основ теплотехники (см. раздел Ш), приведены в «Практикуме по теплопередаче» (Практикум по теплопередаче. /Под ред. А.П.Солодова. М.:Энергоатомиздат. 1986. 296 с.), а также изданы отдельно для всех наименований.


д) Технические и профессиональные справочники, обеспечивающие практическую деятельность по дисциплине.

  1. Александров А.А., Орлов К.А., Очков В.Ф.. Теплофизические свойства рабочих веществ теплоэнергетики: Справочник.-М.: Издательский дом МЭИ, 2009,- 224 с.

  2. Теплоэнергетика и теплотехника: справочник. Книга 2. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Ред.: Клименко А.В., Зорин В.М. М.: Издательский дом МЭИ. 2007 г.

  3. Кириллов П.Л., Юрьев Ю.С., Бобков В.П.. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы). М.: Энергоатомиздат. 1990. -360 с.

  4. Справочник по теплообменникам. Пер. с англ. / под ред. Б.С. Петухова, В.К. Шикова. М.: Энергоатомиздат, 1987. в 2 т. Т.1, 560 с.

  5. Теплоэнергетика и теплотехника: справочник. Книга 2. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Ред.: Клименко А.В., Зорин В.М. М.: Издательский дом МЭИ. 2007 г.


7.2. Электронные образовательные ресурсы:

  • программы вычисления свойств рабочих веществ, расположенные в Интернете на сайтах www.tpc.nm.ru и www.wsp.ru, и электронные калькуляторы свойств воды и водяного пара WaterSteamCalculator и свойств газов WaterSteamGasesCalculator;

  • Электронный курс :А.П..Солодов. «Тепломассообмена в энергетических установках»: http://twt.mpei.ac.ru/solodov/HMT-eBook_2009/index.htm


а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

каждый обучающийся в МЭИ(ТУ) получает пароль для доступа к указанным выше электронным ресурсам для расчетов свойств веществ

.б) другие:

не предусмотрены

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 141100 « Энергетическое машиностроение » и профилю Производство энергетического оборудования.

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

к.т.н., доцент Ежов Е.В.


"СОГЛАСОВАНО":

директор ЭнМИ

к.т.н. профессор Серков В.А.


"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой ТОТ

к.т.н., профессор Сухих А.А.

Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Московский энергетический институт (технический университет) iconМосковский энергетический институт (технический университет)

Московский энергетический институт (технический университет) iconМосковский энергетический институт (технический университет)

Московский энергетический институт (технический университет) iconМосковский энергетический институт (технический университет)

Московский энергетический институт (технический университет) iconМосковский энергетический институт (технический университет)

Московский энергетический институт (технический университет) iconМосковский энергетический институт (технический университет)

Московский энергетический институт (технический университет) iconМосковский энергетический институт (технический университет)

Московский энергетический институт (технический университет) iconМосковский энергетический институт (технический университет)

Московский энергетический институт (технический университет) iconМосковский энергетический институт (технический университет)

Московский энергетический институт (технический университет) iconМосковский энергетический институт (технический университет)

Московский энергетический институт (технический университет) iconМосковский энергетический институт (технический университет)


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