Московский энергетический институт (технический университет) институт тепловой и атомной энергетики (итаэ)
Скачать 206.96 Kb.
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФМОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) ИНСТИТУТ ТЕПЛОВОЙ И АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИТАЭ) ___________________________________________________________________________________________________________ Направление подготовки: 140700 Ядерная энергетика и теплофизика Профили подготовки: теплофизика Квалификация (степень) выпускника: бакалавр Форма обучения: очная РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ "ТЕПЛОМАССООБМЕН"
Москва - 2010 ^ Целью дисциплины является изучение механизмов основных видов конвективного однофазного теплообмена и теплообмена при фазовых превращениях и практическое освоение современных методов расчета этих процессов. По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:
Задачами дисциплины являются
^ Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю Теплофизика направления 140700 Ядерная энергетика и теплофизика Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: Математика, Физика (общая), Физика специальная, Термодинамика. Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и изучении дисциплин «Экспериментальная теплофизика», «Численное решение задач теплофизики», а также программы магистерской подготовки по теплофизике. ^ В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования: Знать:
Уметь:
Владеть:
^ 4.1 Структура дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 8 зачетных единиц, 288 часов.
^ 4.2.1. Лекции : 7 семестр 1.Введение Содержание и классификация задач конвективного теплообмена. Связь молекулярного и конвективного переноса тепла в движущейся жидкости. Коэффициент теплоотдачи, число Нуссельта. Качественные закономерности и расчетные формулы для тепллобмена при обтекании плоской пластины и для течения в круглых трубах. 2. Математическое описание процессов конвективного тепломассообмена Общая форма уравнений сохранения при эйлеровом методе описания. Уравнение сохранения массы (неразрывности). Уравнение сохранения импульса; тензоры плотности потока импульса, давлений и вязких напряжений; различные формы дифференциального уравнения сохранения импульса. Уравнение сохранения энергии в движущейся среде; плотность потока полной энергии; различные формы дифференциального уравнения энергии. Уравнение сохранения массы компонента в бинарной смеси; влияние диффузионного потока массы компонента на перенос импульса и энергии в бинарной смеси. Аналогия процессов переноса импульса, энергии и массы компонента в смеси. 3. Основы теории подобия Подобие физических явлений. Теоремы теории подобия. Подобие и аналогия. Теория подобия как научная основа экспериментальных исследований. Теория подобия и моделирование. Физический смысл чисел подобия в механике однофазных и двухфазных систем, в процессах конвективного тепло- и массообмена. Теория размерностей. 4. Теплообмен при внешнем обтекании тела. Система уравнений температурного (теплового) пограничного слоя. Анализ теплообмена при ламинарном течении в погранслое методами размерностей. Теплообмен при ламинарном обтекании изотермической пластины; анализ предельных по числу Прандтля случаев. Переход к турбулентному режиму течения в пограничном слое и в каналах: основные результаты теоретического анализа устойчивости, факторы, влияющие на переход к турбулентному течению. Осредненные уравнения движения и энергии для турбулентного течения; кажущиеся напряжения турбулентного трения, турбулентный тепловой поток. Структура пристенной турбулентной области. Механизм турбулентного переноса импульса и методы его моделирования. Аналогия Рейнольдса для теплообмена при турбулентном течении в пограничном слое. Ее модернизированный вариант (двухслойная схема), расчетные соотношения для теплоотдачи. Теплообмен при поперечном обтекании одиночного цилиндра и пучков труб. 5. Теплообмен при свободной конвекции Механизм и математическое описание свободной конвекции, приближение Буссинеска, максимальная скорость свободной конвекции. Свободноконвективный пограничный слой на вертикальной плоскости, расчет коэффициента теплоотдачи при ламинарном и турбулентном течении. Свободная конвекция у поверхности горизонтального цилиндра и сферы. Свободная конвекция на горизонтальной плоскости, в прослойках и в замкнутых объемах. 6. Теплообмен при течении жидкости в каналах Математическое описание теплообмена в круглых трубах. Тепловой баланс, среднемассовая скорость и температура. Стабилизированный теплообмен при граничных условиях 2-го рода, профили скорости, температуры, теплового потока при ламинарном и турбулентном течении; интеграл Лайона. Стабилизированный теплообмен при ламинарном течении. Стабилизированный теплообмен при турбулентном течении: результаты теоретического анализа для неметаллических жидкостей и жидких металлов, расчетные формулы. Теплообмен при ламинарном течении жидкости в начальном термическом участке круглой трубы. Начальный гидродинамический участок. Начальный участок при турбулентном течении. Влияние переменности свойств жидкости на теплообмен при течении в трубах капельных жидкостей и газов. Теплообмен в однофазной сверхкритической области. Влияние свободной конвекции на теплообмен при вынужденном течении жидкостей в трубах различной ориентации. Методы интенсификации процессов однофазного конвективного теплообмена. 8 семестр 7.Введение в механику двухфазных сред Математическое описание и модели двухфазных сред. Скорость границы раздела фаз. Универсальные условия совместности на межфазных границах: вывод в общей форме, запись для потоков массы, импульса, энергии и массы компонента в смеси. Универсальные условия совместности в системе отсчета наблюдателя. Специальные условия совместности для процессов тепломассообмена. Неравновесность на межфазных границах; квазиравновесное приближение. 8.Теплообмен при конденсации пара Пленочная и капельная конденсация. Теплообмен при пленочной конденсации на вертикальной плоскости (задача Нуссельта). Конденсация на поверхности горизонтального цилиндра. Анализ основных допущений в задаче Нуссельта, расчетные формулы. Теплообмен при конденсации в условиях турбулентного течения пленки. Конденсация движущегося пара. Теплообмен при конденсации в трубах при турбулентном течении двухфазной смеси. Конденсация на пучках труб и методы ее интенсификации. Качественные закономерности капельной конденсации. 9. Теплообмен при кипении жидкостей Условия зарождения парового зародыша в объеме перегретой жидкости и на твердой поверхности нагрева. Рост паровых пузырьков в объеме однородно перегретой жидкости: анализ «предельных»схем роста, решения для динамической инерционной и тепловой энергетической схем роста, особенности роста при больших числах Якоба. Основные закономерности роста и отрыва паровых пузырьков на твердой поверхности. “Кривая кипения”. Теплообмен при пузырьковом кипении в большом объеме (механизм процесса, обоснование расчетного уравнения). Теплообмен при пленочном и переходном кипении. Кризисы кипения в большом объеме. Количественные характеристики и режимы течения двухфазных потоков в трубах. Характер изменения среднемассовой температуры жидкости, температуры стенки, расходного массового паросодержания по длине обогреваемого канала. Теплообмен при кипении жидкости в условиях ее вынужденного движения. Кризис теплоотдачи при кипении в трубах. ^ 7 семестр Составление математического описания процессов конвективного теплообмена. Расчет теплоотдачи при продольном ламинарном и турбулентном обтекании пластины. Тепловой баланс и среднемассовая температура в канале. Расчет теплоотдачи при поперечном обтекании трубы и пучков труб. Расчет теплоотдачи при стабилизированном течении и в условиях начального гидродинамического и термического участков в трубах. Теплообмен при свободной конвекции. 8 семестр Расчет теплоотдачи с учетом переменности теплофизических свойств веществ. Теплообмен в шероховатых трубах. Расчет теплообмена при конденсации на наружной поверхности. Расчет теплообмена при конденсации при течении в каналах. Теплообмен при кипении в условиях свободного движения (в большом объеме). Расчет теплообмена при кипении в каналах (при вынужденном течении). Расчет критического теплового потока при кипении в объеме.. 4.3. Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены. ^ Составление математического описания и решение задачи о теплообмене для простых геометрических условий (пластина, плоский канал).^Конкретные темы расчетных заданий включены в Учебно-методический комплекс по дисциплине. 4.5. Курсовые проекты и курсовые работы Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен. ^ Лекционные занятия проводятся в традиционной форме, но с широким использованием специально подготовленных раздаточных материалов. На Интернет портале МЭИ на сайте кафедры ИТФ имеется раздел по курсу «Тепломассообмен», доступный каждому студенту. Представлены программа курса, программа государственного экзамена, варианты 6 контрольных опросов, типовые задачи по курсу, раздаточный материал (графики собственных функций и таблицы членов ряда в задаче Гретца-Нуссельта, таблицы поправочных множителей для расчета теплоотдачи при переменных свойствах теплоносителя и т.п.), справочная информация. ^ Многие практические занятия проводятся так, что в аудитории обсуждается общий алгоритм решения, а в качестве домашнего задания предлагается проведение многовариантных расчетов. Эти расчеты студенты выполняют обычно в среде Mathcad. Проводится занятие с демонстрацией фотографий (с использованием компьютерного проектора) характерных картин течения жидкостей и газов у различных твердых поверхностей. Фотографии взяты из известного альбома течений Ван Дайка. За одно занятие удается обсудить более 40 характерных случаев течения. ^ включает выполнение домашних заданий к практическим занятиям, выполнение расчетного задания, подготовку к контрольным опросам, подготовку к зачету и экзамену. ^ В каждом семестре проводится по три контрольных опроса, охватывающих весь теоретический материал. Это – форма контроля самостоятельной работы студентов. На практических занятиях проводится по три контрольных работы в семестр. Успешная сдача контрольных опросов и написание контрольных работ, самостоятельное решение обязательного набора домашних заданий, выполнение и защита типового расчета – условие получения семестрового зачета по курсу. ^ , варианты контрольных заданий и шести контрольных опросов для проведения текущего контроля, а также для контроля самостоятельной работы обучающегося по отдельным разделам дисциплины, и перечень вопросов для промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины (зачет, экзамен), включены в Учебно-методический комплекс по дисциплине. Все эти материалы размещены на сайте кафедры в Интернет. Аттестация по дисциплине – зачет и экзамен. Оценка за освоение дисциплины, определяется по итогам экзамена, но с учетом работы студента в семестре. Последнее обычно существенно, когда результаты экзамена оказываются ниже, чем уровень работы студента в течение семестра. В приложение к диплому вносится оценка за 8 семестр, поскольку по курсу «Тепломассообмен» предусмотрен итоговый госэкзамен. ^ 7.1. Литература: а) основная литература:
б) дополнительная литература:
^ а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы: На сайте кафедры ИТФ МЭИ имеется раздел «Материалы по курсу Тепломассообмен», о котором говорится в разделе 5 настоящей программы (http://itf-mpei.ru/kafedra/library/lection-examination/tmo). В этих материалах приводится около 80 типовых задач по расчету различных типов теплообмена, более 20 вариантов типовых расчетов, варианты 6 контрольных опросов для контроля текущей самостоятельной работы студентов, перечень вопросов для повторения перед экзаменом 7 семестра, программа госэкзамена, раздаточные и справочные материалы, дополнительная литература для самостоятельной работы, включающая монографии и научные статьи. б) другие: Проводится занятие с демонстрацией слайдов (с использованием компьютерного проектора) характерных картин течения жидкостей и газов у различных твердых поверхностей. Фотографии взяты из известного альбома течений Ван Дайка. За одно занятие удается обсудить более 40 характерных случаев течения. 8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной компьютерным проектором для демонстрации слайдов и учебных фильмов. Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 140700 «Ядерная энергетика и теплофизика» и профилю «Теплофизика». ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ: д.т.н., проф. Ягов В.В. "УТВЕРЖДАЮ": Зав. кафедрой ИТФ д.т.н., с.н.с. Яньков Г.Г. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | | ||
| | ||
| | ||
| | Магистерские программы: «Технология производства электрической и тепловой энергии» | |
| Целью дисциплины является освоение некоторых методов решения оптимизационных задач, связанных с атомной энергетикой | | Профиль(и) подготовки: Автоматизация технологических процессов в теплоэнергетике |
