Рабочая программа учебной дисциплины «тепловые процессы в наноструктурах»






Скачать 157.64 Kb.
НазваниеРабочая программа учебной дисциплины «тепловые процессы в наноструктурах»
Дата публикации11.02.2015
Размер157.64 Kb.
ТипРабочая программа
ley.se-todo.com > Физика > Рабочая программа
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ


(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ИНСТИТУТ ТЕПЛОВОЙ И АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИТАЭ)
____________________________________________________________________
_______________________________________


Направление подготовки: 140700 Ядерная энергетика и теплофизика

Магистерская программа: Нанотехнологии и наноматериалы в энергетике

Квалификация (степень) выпускника: магистр

Форма обучения: очная


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В НАНОСТРУКТУРАХ»



Цикл:

Профессиональный




Часть цикла:

Вариативная




дисциплины по учебному плану:

^ ИТАЭ; М.2.4




Часов (всего) по учебному плану:

180




Трудоемкость в зачетных единицах:

5

1 семестр – 3;

2 семестр – 2

Лекции

72 часа

1 семестр – 36 часов,

2 семестр – 36 часов

Практические занятия

36 часа

1 семестр – 18 часов,

2 семестр – 18 часов

Лабораторные работы

не предусмотрено

-

^ Расчетные задания, рефераты

18 часов самостоят. работы

1 семестр – 18 часов


Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

72 часа

^ 1 и 2 семестры


Зачет

4 часа самостоят. работы

1 семестр – 2 часа,

2 семестр – 2 часа

Экзамен

27 часов самостоят работы

1 и 2 семестры

Курсовые проекты (работы)

не предусмотрены

-



Москва - 2011

^ 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является систематизация полученных при изучении базовых дисциплин специальности знаний о тепловых процессах в наносистемах и наноструктурированных материалах, особенностях размерных эффектов и теплопереноса в одномерных, двумерных и трехмерных наноструктурах, теплопереносу в наножидкостях и нанокомпозитах, переносу тепла в наноструктурированных термоэлектрических материалах и особенностям радиационного переноса в наносистемах с учетом размерных и квантовых эффектов, ознакомление с современным состоянием исследований в соответствующих областях, приобретение навыков выполнения на этой основе инженерных расчетов для решения конкретных прикладных задач.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

  • к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей профессиональной компетенции (ОК-2, ПК-1);

  • к практическому анализу логики различного рода рассуждений, к публичным выступлениям, аргументации, ведению дискуссии и полемики (ОК-3, ПК-8);

  • к изучению научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта по тематике исследования, к анализу рынка научно-технической продукции (ОК-8);

  • анализировать естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности (ПК-5);

  • понимать и анализировать технологические проблемы в энергетике, работать над решением этих проблем, используя разносторонние междисциплинарные знания по нанотехнологиям и наноматериалам (ПК-2);
  • ^

    использовать полученные специализированные знания для проектирования, создания и эксплуатации разнообразных установок в энергетике (ПК-5, ПК-7);


  • использовать информацию о новых технологических процессах и новых видах технологического оборудования (ПК-7);

  • использовать современные информационные технологии для выполнения научных и научно-технологических проектов по широкому спектру направлений развития нанотехнологий (ОК-6, ПК-9).

Задачами дисциплины являются:

  • познакомить обучающихся с методами описания наносистем и наноматериалов с точки зрения особенностей переноса тепла с учетом размерных и квантовых эффектов;

  • дать информацию о свойствах, специфике описания и применении процессов переноса тепла в наноматериалах и нанотехнологиях, отдельных нанотехнологических устройствах применительно к энергетике;

  • научить принимать и обосновывать конкретные методические решения при обосновании расчетов технологических процессов и схем при получении и использовании функциональных наноматериалов и нанотехнологий в энергетике.

^ 2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла М.2 основной образовательной программы подготовки магистров, обучающихся по программе «Нанотехнологии и наноматериалы в энергетике» направления 140700 Ядерная энергетика и теплофизика.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Математика», «Физика (общая)», «Прикладная физика», «Термодинамика», «Теория тепло- и массообмена», «Физика конденсированного состояния», «Квантовая и оптическая электроника» и учебно-производственной практике.

Знания, полученные в ходе освоения дисциплины, необходимы при выполнении программы магистерской подготовки и оформления соответствующей выпускной диссертации.

^ 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

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

Знать:

  • основные источники научно-технической информации по применению и областям реализации теплофизических процессов с учетом квантовых и размерных эффектов;

  • способы расчета процессов переноса тепла в наноматериалах и наносистемах с целью применения их на практике для разработки новых функциональных наноматериалов и процессов в энергетике, нанотехнологических устройств, оборудования, машин и аппаратов высоких технологий;

  • методы расчета процессов переноса тепла в системах прямого преобразования энергии с применением нанотехнологий и наноматериалов.

Уметь:

  • самостоятельно разбираться в методиках расчета переноса тепла и применять их для решения поставленной задачи;

  • осуществлять поиск и анализировать научно-техническую информацию;

  • анализировать информацию о тепловых процессах в наноматериалах и нанотехнологиях.

Владеть:

  • навыками дискуссии по профессиональной тематике;

  • терминологией в области методов описания систем и процессов переноса тепла в наноматериалах и нанотехнологиях;

  • навыками применения полученной информации при расчете переноса тепла в наноструктурах с учетом размерных и иных эффектов;

  • навыками дискуссии по профессиональной тематике.

^ 4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц, 180 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

Введение в теплофизику микро- и наносистем

10

1

4

2




4

Тесты

2

Пространственные и временные масштабы при внутреннем переносе энергии и тепла

8

1

4

2




2

Устный опрос (коллоквиум)

3

Микроскопические основы термопереноса

14

1

8

4




2

Тесты

4

Кинетика переноса тепла в наноструктурах

24

1

14

8




2

Устный опрос (коллоквиум) I

5

Теплоперенос в нанотрубках и графене

10

1

6

2




2

Контрольная работа

6

Теплоперенос в нанокомпозитах

16

2

8

4




4

Тесты

7

Теплоперенос в наножидкостях

14

2

6

4




4

Тесты

8

Микро- и наногидродинамика

18

2

8

6




4

Устный опрос (коллоквиум) I

9

Теплоперенос в термоэлектрических наноматериалах

10

2

6

2




2

Тесты

10

Радиационный теплоперенос в наноструктурах

14

2

8

2




4

Устный опрос (коллоквиум) I




Расчетное задание

18

1










18

Отчет по заданию




Зачет

4

1,2

--

--

--

4

Устный опрос




Экзамен

20

1,2










20

Устный




Итого:

180




72

36




72





^ 4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции:

1 семестр

1. Введение в теплофизику микро- и наносистем

Тепловые процессы и их эволюция. Нагрев и утилизация тепла в микроэлектронике

Температурные градиенты внутри микро- и наноустройств. Эволюция скорости передачи данных. Методы охлаждения электронных устройств. Механизмы переноса тепла и охлаждение микроэлектронных устройств.

2. Пространственные и временные масштабы при

внутреннем переносе энергии и тепла.

Характерное распределение температуры в перспективном транзисторном узле. Кремниевая наноэлектроника – проблемы охлаждения. Углеродная наноэлектроника – проблемы охлаждения. Характерные объекты нанотеплофизики: простые, сложные, контактные. Примеры характерных объектов наноструктур для изучения переноса тепла.

  1. Микроскопические основы термопереноса

Происхождение носителей тепла. Кристаллическая решетка и фононы. Колебания кристаллической решетки: один и два атома в ячейке. Акустические и оптические моды в кристалле. Фононы в конденсированном теле и их основные свойства. Статистика и плотность состояний фононов. Теплоемкость кристаллической решетки. Фононная теплопроводность диэлектриков.

  1. Кинетика переноса тепла в наноструктурах

Проблемы описания переноса тела с учетом размерных эффектов. Схема различных режимов переноса с учетом размерных эффектов. Теплоперенос в нанопроволоках. Кинетика описания переноса тепла в нанопроволоках. Метод вычисления теплопроводности нанопроволок. Теплопроводность нанопроволок Si: эксперименты и модели.

  1. Теплоперенос в нанотрубках и графене

Теплоперенос в нанотрубках. Экспериментальные данные и модели переноса. Баллистический перенос тепла в ОСУНТ. Квантование теплопроводимости нанотрубок. Квазибаллистический теплоперенос в ОСУНТ. Особенности теплопроводности металлических нанотрубок. Диффузионный перенос в ОСУНТ. Крушение закона Фурье в нанотрубках. Термическая проводимость наноматов углеродных нанотрубок. Перенос тепла в графене.

2 семестр

6. Теплоперенос в нанокомпозитах.

Типы нанокомпозитов и особенности переноса тепла в них. Микрокомпозиты и эффективная среда: модели и ограничения. Модели эффективного переноса тепла в нанокомпозитах. Роль термического сопротивления на границах. Тепловые свойства нанокомпозитов на основе углеродных нанотрубок и полиэтилена высокой плотности. Метод неравновесной молекулярной динамики при расчете теплопереноса в нанокомпозитах.

  1. Теплоперенос в наножидкостях

Общие свойства наножидкостей. Теплопроводность и конвективный перенос тепла в наножидкостях. Процессы кипения наножидкостей. Модели эффективной среды для наножидкостей. Экспериментальные данные по теплопереносу в наножидкостях.

  1. Микро- и наногидродинамика

Особенности гидродинамики в микро- и наномасштабах. Общие уравнения гидродинамики: вклад размерных эффектов. Граничное условие проскальзывания. Течения в плоских и каналах и каналах кругового сечения: течения Куэтта и Пуазейля с эффектами проскальзывания. Течения через мембраны с нанопорами. Течения внутри нанотрубок и полых нанопровлок. Двухфазные микро- и нанотечения. Системы и устройства с микро- и нанотечениями.

  1. Теплоперенос в термоэлектрических наноматериалах

Общие свойства термоэлектричества. Наноматериалы в термоэлектрическом преобразовании энергии и термоэлектрическом охлаждении. Эффективность термоэлектрического преобразования. Расчет параметров переноса тепла в термоэлектрических наноматериалах.

  1. Радиационный теплоперенос в наноструктурах

Флуктуации электромагнитного поля как источник теплового излучения. Роль поверхностных поляритонов в формировании ближнего радиационного поля. Тепловая радиация в дальнем и ближнем поле. Особенности радиационного переноса тепла в наноструктурах. Вычисление тепловых радиационных потоков в конкретных наносистемах: между двумя плоскостями, между наночастицей и поверхностью, между двумя наночастицами.

^ 4.2.2. Практические занятия

1 семестр

Анализ методов вычисления переноса тепла. Вычисление теплопроводности на основе решений уравнения Больцмана. Методы расчета теплопроводности нанопроволок и нанотрубок.

2 семестр
Вычисление теплопроводности нанокомпозитов. Расчет конвективного переноса тепла в наножидкостях. Вычисление радиационного переноса тепла между нанозазорами.
4.3. Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены

^ 4.4. Расчетные задания

1 семестр

Метод Монте Карло для уравнения Больцмана (нанопроволоки и нанотрубки). Метод молекулярной динамики для вычисления теплопроводности простейших наноструктур.

Сравнительный анализ переноса тепла в различных нанотрубках. Вычисление теплопереноса в нанокомпозитах. Расчет конвективного переноса тепла в наножидкостях: плоские каналы и каналы кругового сечения. Вычисление радиационного переноса тепла между двумя наночастицами.
4.5. Курсовые проекты и курсовые работы учебным планом не предусмотрены

^ 5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в основном с использованием компьютерных презентаций, в том числе представленных на современных отечественных и зарубежных научно-технических конференциях. Практикуется также и традиционная форма изложения материала. В некоторых лекциях на ряде конкретных примеров проводится подробный анализ решения прикладных задач, что позволяет привить студентам навыки выполнения расчетов необходимых для разработки новых технических наноустройств.

^ Самостоятельная работа включает подготовку к устным опросам (коллоквиумам) и контрольной работе, в том числе углубленное изучение ряда подразделов курса и подготовку к зачету.

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

Для текущего контроля успеваемости используются
1 семестр
1 опрос (коллоквиум), 1 контрольная работа.
2 семестр
1 опрос (коллоквиум), 1 контрольная работа.

Аттестация по дисциплине – зачеты и экзамены - 1,2 семестры.

Оценка за освоение дисциплины определяется как

0,75х оценка за контрольную работу + 0,25х оценка за расчетное задание.

В приложение к диплому вносится оценка за 2 семестр

^ 7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

  1. Дмитриев А.С. Основы криофизики конденсированных систем. Учебное пособие. М.: Моск. энерг. ин-т. 2006.

  2. Дмитриев А.С. Тепловые процессы в наноструктурах. БИНОМ. Лаборатория знаний. 2011.

  3. Zh. Zhang. Nano/Microscale Heat Transfer. McGraw-Hill. 2007.

б) дополнительная литература:

  1. Дмитриев А.С. Теплофизические проблемы наноэнергетики. Часть 1. Теплоэнергетика. №12. 2010.

  2. Дмитриев А.С. Теплофизические проблемы наноэнергетики. Часть 2. Теплоэнергетика. №4. 2011.

^ 7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

www.mit.edu – современные подходы и методы к процессам переноса в наносистемах и наноструктурах; http://www.cham.uk – современное программное обеспечение для расчет переноса тепла и гидродинамики; http://www.me.gatech.edu/~zzhang/ - методы расчета радиационного теплопереноса в микро- и наносистемах.

б) другие:

учебный фильм «Неизбежность странного мира» (квантовая механика); учебный фильм «Нанокомпозиты».
^ 8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки магистров 140700 «Ядерная энергетика и теплофизика» по магистерской программы «Нанотехнологии и наноматериалы в энергетике».
ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

проф., д.т.н. Дмитриев А.С.
"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой низких температур

д.т.н., профессор Дмитриев А.С.

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Рабочая программа учебной дисциплины «тепловые процессы в наноструктурах» iconРабочая программа учебной дисциплины «нагнетатели и тепловые двигатели»

Рабочая программа учебной дисциплины «тепловые процессы в наноструктурах» iconРабочая программа учебной дисциплины «топливное хозяйство и золошлакоудаление»
Магистерская(ие) программа(ы): Энергетические котлы, гидродинамика и топочные процессы

Рабочая программа учебной дисциплины «тепловые процессы в наноструктурах» iconРабочая программа учебной дисциплины «водно-химические режимы теплоэнергетических установок»
Магистерская(ие) программа(ы): Энергетические котлы, гидродинамика и топочные процессы

Рабочая программа учебной дисциплины «тепловые процессы в наноструктурах» iconРабочая программа учебной дисциплины иностранный язык название учебной дисциплины
Рабочая программа учебной дисциплины разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта (далее фгос)...

Рабочая программа учебной дисциплины «тепловые процессы в наноструктурах» iconРабочая программа учебной дисциплины послевузовского профессионального образования
Модернизационные процессы в россии: вопросы теории и истории, основные этапы, особенности

Рабочая программа учебной дисциплины «тепловые процессы в наноструктурах» iconРабочая программа дисциплины экономика (наименование дисциплины)...
Рабочая программа учебной дисциплины «Экономика» подготовлена Фофановой А. Ю., к э н., доцентом кафедры экономики

Рабочая программа учебной дисциплины «тепловые процессы в наноструктурах» iconРабочая программа учебной дисциплины послевузовского профессионального...
По научной специальности 13. 00. 02 – теория и методика обучения и воспитания (дошкольное образование, общее и профессиональное)

Рабочая программа учебной дисциплины «тепловые процессы в наноструктурах» iconРабочая программа дисциплины избирательная система в РФ (наименование...
...

Рабочая программа учебной дисциплины «тепловые процессы в наноструктурах» iconРабочая программа дисциплины земельное право (наименование дисциплины)...
Рабочая программа учебной дисциплины «Земельное право» подготовлена Фофановой А. Ю., к э н., доцентом кафедры экономики

Рабочая программа учебной дисциплины «тепловые процессы в наноструктурах» iconРабочая программа дисциплины семейное право (наименование дисциплины)...
Рабочая программа учебной дисциплины «Семейное право» подготовлена Фофановой А. Ю., к э н., доцентом кафедры экономики



Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2018
контакты
ley.se-todo.com

Поиск