Московский энергетический институт (технический университет)






Скачать 148.38 Kb.
НазваниеМосковский энергетический институт (технический университет)
Дата публикации25.01.2015
Размер148.38 Kb.
ТипДокументы
top-bal.ru > Физика > Документы


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ


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


Направление подготовки: 140100 Теплоэнергетика и теплотехника

Программа подготовки: Теоретические основы теплотехники

Квалификация (степень) выпускника: магистр

Форма обучения: очная


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

" Численное моделирование термогидродинамических процессов в энергетическом оборудовании ТЭС и АЭС "


Цикл:

профессиональный

--

Часть цикла:

вариативная

--

дисциплины по учебному плану:

^ ИТАЭ; М2.11.1

--

Часов (всего) по учебному плану:

180

--

Трудоемкость в зачетных единицах:

5


2 семестр – 5


Лекции

36 часов

2 семестр

Практические занятия

16 часов

2 семестр

Лабораторные работы

2 часа


2 семестр


Расчетные задания, рефераты

^ 54 час самостоят. работы

2 семестр

Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

126 часов

2 семестр

Экзамены


36 часов

2 семестр

Курсовые проекты (работы)

--

--



Москва - 2011

^ 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью изучения дисциплины является приобретение навыков проведения вычислительного эксперимента с помощью современных CFD-программ для расчета процессов тепломассообмена и гидродинамики и решения практических задач проектирования элементов теплоэнергетического оборудования.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

  • самостоятельно работать, принимать решения в рамках своей профессиональной деятельности, приобретать, критически анализировать и использовать новые знания и умения с помощью компьютерных и информационных технологий (ОК-5, ОК-6, ОК-9);

  • проводить технические расчеты по проектам, используя прикладное программное обеспечение для расчета термогидродинамических параметров при проектировании и конструировании теплоэнергетического оборудования (ПК-13, ПК-14);

  • применять численные методы исследования, используя современные компьютерные и информационные технологии, находить творческие решения профессиональных задач, оценивать результаты выполненной работы, оформлять, представлять и докладывать результаты выполненной работы (ПК-24, ПК-5, ПК-8, ПК-9);

^ Задачами дисциплины являются

Научить выпускника проводить численное исследование физических процессов, происходящих в элементах теплоэнергетического оборудования, на базе которого создается адекватная математическая модель элемента энегооборудования различного уровня сложности при разработке и эксплуатации теплоэнергетических установок.

Научить выпускника представлять результаты вычислительного эксперимента в виде инженерных формул, удобных для практического применения.

^ 2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла М2.11.1 основной образовательной программы подготовки магистров направления 140100 “Теплоэнергетика и теплотехника” магистерской программы «Теоретические основы теплотехники».

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: "Математика", "Физика", "Инженерная графика", "Техническая термодинамика", "Тепломассообмен", "Информационные технологии", "Численные методы моделирования. Прикладное программирование ", "Котельные установки и парогенераторы", "Ядерные энергетические установки", "Турбины ТЭС и АЭС", "Схемы, оборудование и эксплуатация энергетических установок", "Режимы работы и эксплуатация ТЭС".

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении соответствующих разделов магистерской диссертации.

^ 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

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

Знать:

  • роль научной информации в развитии науки, вести поисковую работу с привлечением современных компьютерных и информационных технологий (ОК-8, ОК-9)

  • численные методы расчета вариантов разработки и построения адекватных математических моделей на основе вычислительного эксперимента при проектировании теплоэнергетических объектов с учётом особенностей протекающих в них физических процессов ( ПК-11, ПК-12);




  • современные научно-технические проблемы применения CFD-пакетов программ для различных систем преобразования энергии (ПК-7);


Уметь:


  • находить нестандартные решения профессиональных задач, применять современные методы и средства исследования, проектирования теплоэнергетических и теплотехнических объектов, включая вычислительный эксперимент. (ПК-3. ПК-4);




  • проектировать новое теплотехническое оборудование с использованием численного моделирования процессов теплообмена и гидродинамики. (ПК-15);


Владеть:


  • Информацией и навыками пользования современными измерительными и компьютерными системами и численными методами моделирования термогидродинамических процессов, навыками оформления, представления и защиты результатов выполнения профессиональных задач на русском и иностранном языках. (ПК-7, ПК-8, ПК-9);




  • терминологией в области вычислительного термогидродинамического эксперимента, компьютерной техники;




  • навыками поиска и использования информации о свойствах рабочих веществ при численном моделировании проектируемых и эксплуатируемых аппаратов теплоэнергетических систем;




  • информацией о технических параметрах оборудования для использования при конструировании и навыками применения полученной информации для проектирования теплоэнергетического оборудования.

^ 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. Процессы теплообмена и гидро-динамики в элементах теплоэнергетических установок.

4

2

2







2

Тест на знание терминологии

2

Система интегральных и дифференциальных уравнений конвектив-ного теплообмена.

10

2

4







6

Устный опрос

3

Стационарная теплопроводность.


26

2

8

2




16

Тест: Д/з Стац. теплопроводность плоской стенки, метод прогонки. Решение в МаthCad и ANSYS

4

Нестационарная теплопроводность.

20

2

4

2




14

Тест: Д/з Нестац. теплопроводность плоской и цилиндрич. стенки, метод прогонки. Решение в МаthCad и ANSYS.

5

Система уравнений Навье-Стокса.


24

2

6

4




14

Тест: Д/з Численное решение задач вынужденной и свободной конвекции (ламинарный режим течения) в MathCad и ANSYS

6

Особенности решения задач вынужденной и свободной конвекции многокомпонентных реагирующих потоков в турбулентном режи-ме течения.


28

2

6

6




16

Тест: Д/з Численное решение задач вынужденной конвекции (турбулентный режим течения) с помощью пакета ANSYS. Численное решение сопряжен-ных задач тепло-бмена с помощью пакета ANSYS.

7

Верификация ANSYS, набор тестовых задач.

30

2

6

2

2

20

Тест: Лабораторная работа. Расчетное задание




Зачет

2

2

--

--

--

2

Презентация и защита домашних и расчётного заданий, лабораторной работы




Экзамен

36

2

--

--

--

36







Итого:

180




36

16

2

126





4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции
^

План лекций


  1. Введение. Процессы теплообмена и гидродинамики в элементах теплоэнергетических установок.

Цели и задачи моделирования. Методы исследования теплообмена и гидродинамики. Классификация методов расчета. Численные методы. Понятие вычислительного эксперимента. Современные CFD-программы.

  1. Система интегральных и дифференциальных уравнений конвективного теплообмена. Базовые законы. Условия однозначности. Метод контрольного объема. Теорема Остроградского-Гаусса. Обобщенное дифференциальное уравнение. Понятие конвективно-диффузионной задачи. Обобщенные коэффициенты переноса. Понятие источникового члена. Особенности ламинарного и турбулентного режима течения. Программный комплекс ANSYS 11.0 Academic Research. Структура программного комплекса. Этапы решения задач конвективного теплообмена. Представление и обработка результатов расчета.

  2. Стационарная теплопроводность.

Стационарная одномерная теплопроводность. Трехточечный шаблон в методе контрольного объема. Понятие дискретного аналога. Учет источникового члена и граничных условий. Система алгебраических уравнений дискретного аналога. Дискретизация расчетной области, контрольные объемы, граничные контрольные объемы. Переменные теплофизические свойства. Решение нелинейных задач. Правила построения дискретного аналога. Дискретный аналог двумерной и трехмерной задачи стационарной теплопроводности в декартовой и цилиндрической полярной системах координат. Пятиточечный и семиточечный шаблон. Методы прогонки и переменных направлений для решения системы алгебраических уравнений дискретных аналогов.

  1. Нестационарная теплопроводность.

Одномерная задача. Явная и неявная схема дискретизации по времени, преимущества и недостатки. Правило Куранта. Учет начальных условий. Правила построения дискретных аналогов. Дискретный аналог одномерной задачи нестационарной теплопроводности. Инерция и релаксация. Безразмерная запись дифференциального уравнения нестационарной теплопроводности. Дискретные аналоги дву- и трехмерного дифференциального уравнения теплопроводности в различных системах координат. Представление дифференциального уравнения нестационарной теплопроводности в виде обобщенного дифференциального уравнения, обобщенные коэффициенты при размерной и безразмерной постановке задачи. Решение с помощью MathCad и ANSYS.

  1. Система уравнений Навье-Стокса.

Дискретизация уравнения неразрывности и уравнений движения. Правило Куранта-Фридрихса-Леви. Схема против потока. Начальные и граничные условия. Обобщение для метода конечных элементов. Безразмерная форма записи системы уравнений Навье-Стокса для задач вынужденной и свободной конвекции. Дискретизация уравнения энергии для задач вынужденной и свободной конвекции (ламинарный режим течения). Дискретный аналог двумерных и трехмерных неустановившихся задач конвекции и диффузии. Алгоритм решения сложных задач. Семейство алгоритмов SIMPLE. Интегральные характеристики течения. Теплообмен и гидродинамика при ламинарном и турбулентном режиме течения. Течение Пуазейля. Задачи Блазиуса и Польгаузена. Аналогия Рейнольдса.

  1. Особенности решения задач вынужденной и свободной конвекции многокомпонентных реагирующих потоков в турбулентном режиме течения.

Особенности решения задач вынужденной и свободной конвекции в турбулентном режиме течения. k-ε модель турбулентности, дискретные аналоги. Другие модели турбулентности, особенности реализации в пакете ANSYS. Тепломассоообмен и гидродинамика при течении многокомпонентных смесей. Число Дамкеллера. Распространение фронта химической реакции. Особенности решения задач при течении многокомпонентных смесей в условиях возможной химической реакции компонент. Решение с помощью ANSYS. Интегральные характеристики течения. Особенности решения задач при течении в каналах различной формы и внешнем обтекании погруженных в жидкость тел. Решение с помощью ANSYS. Интегральные характеристики течения.

  1. Верификация ANSYS, набор тестовых задач

Верификация CFD-пакетов программ, наборы тестовых задач. Сопоставление с численным решением ANSYS. Численное моделирование теплообменного аппарата с помощью пакета ANSYS.
^ 4.2.2. Практические занятия

№1. Численное решение задач стационарной теплопроводности ( в том числе при наличии внутреннего источника теплоты и переменными коэффициентами переноса) с помощью пакета ANSYS. Различные виды граничных условий. Метод контрольного объема.

№2. Численное решение задач нестационарной теплопроводности с помощью пакета ANSYS. Особенности явной и неявной схемы дискретизации. Метод прогонки.

№3. Численное решение задач вынужденной конвекции (ламинарный режим течения) с помощью пакета ANSYS. Учет эффектов пограничного слоя. Представление результатов в виде инженерных формул.

№4. Численное решение задач вынужденной конвекции (турбулентный режим течения) с помощью пакета ANSYS. Модели турбулентности.

№5. Численное решение задач свободной конвекции с помощью пакета ANSYS.

№6. Численное решение сопряженных задач теплообмена с помощью пакета ANSYS. Сопоставление с аналитическими решениями.

№7. Численное решение сложных задач теплообмена и гидродинамики с помощью пакета ANSYS. Сопоставление с экспериментальными исследованиями.

^ 4.3 Лабораторные работы

№1. Расчетно-экспериментальное исследование процессов теплообмена и гидродинамики в элементах теплоэнергетических установок.

^ 4.4. Расчётные задания

1. Численное исследование процессов теплообмена и гидродинамики в элементах теплоэнергетических установок. Сопоставление с экспериментом.

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы

Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен.

^ 5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся как в традиционной форме, так и в форме лекций с использованием компьютерных презентаций.

Практические занятия, кроме традиционной формы, включают компьютеризованное обучение с использованием пакетов MathCad и ANSYS.

^ Лабораторные занятия. В лабораториях «Тепломассообмен» и «Теплонасосные системы» обучаемые выполняют работы по изучению процессов теплообмена и гидродинамики на физических лабораторных стендах, включая компьютеризованные.

^ Самостоятельная работа включает подготовку к практическим занятиям, выполнение и оформление домашних заданий и расчётного задания и подготовку их презентаций к защите, подготовку к зачёту.

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

Для текущего контроля успеваемости используются домашние задания, устный опрос, презентация и защита домашних и расчётного задания.

Аттестация по дисциплине – зачёт и экзамен.

Оценка за освоение дисциплины определяется по оценке на экзамене.

В приложение к диплому вносится оценка, полученная на экзамене.

^ 7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

  1. Тепломассообмен. Учебное пособие для вузов. / Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А. - 2-е изд., М: Изд-во МЭИ, 2005

  2. Численное решение задач теплопроводности и теплообмена при течении в каналах. / Патанкар С.В. - М.: Изд-во МЭИ, 2003

  3. ANSYS Academic Researh 11.0 Multiphysics. / Theoretical guide. Supplements., Ansys inc. 2008 г. (на англ. языке).

  4. Решение задач теплообмена с помощью ЭВМ. Л.Н.Щукин. -М.: Изд-во МЭИ, 1989.

б) дополнительная литература:

1. Теплоэнергетика и теплотехника (справочная серия). В 4 книгах. Книга вторая. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. / под ред. А.В. Клименко, В.М. Зорина. М.: Изд-во МЭИ. 2007.

2. MathCad. Дифференциальные модели / Солодов А.П., Очков В.Ф. - М.: Изд-во МЭИ, 2002.

3. Теплообменные аппараты ТЭС. Ю.Г.Назмеев, В.М.Лавыгин. -М.: Энергоатомиздат, 1998.
^ 7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

www.trie.ru;.

б) другие:

1. Д.В. Сиденков, А.А. Сухих, В.Ю. Демьяненко, В.И. Величко. ЭОР «Теплотехнические основы теплонасосных систем» (Часть 1). М.: МЭИ, 2007 г.

2. ЭОР «Электронный курс «Тепломассобмен в энергетических установках»» / Солодов А.П. - .М: МЭИ. 2008
^ 8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабжённой мультимедийными средствами для представления презентаций, интерактивного обучения и компьютерной техникой для обеспечения рабочих мест преподавателя и обучаемых с установленным лицензионным программным обеспечением MS-Office, MathCad14 и выше, ANSYS 11.0 Academic Research.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки 140100 “Теплоэнергетика и теплотехника” для магистерской программы «Теоретические основы теплотехники».
ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

к.т.н., доцент Д.В. Сиденков

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой ТОТ им. М.П.Вукаловича

к.т.н., профессор А.А. Сухих

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Московский энергетический институт (технический университет) iconМосковский энергетический институт (технический университет) российско-германский...

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

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

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

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

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

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

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

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

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



Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2018
контакты
top-bal.ru

Поиск