МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ ТЕПЛОВОЙ И АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИТАЭ)

_______________________________________________________

Направление подготовки: 140100 Теплоэнергетика и теплотехника

Магистерская программа: Автоматизированные системы управления объектами

промышленных предприятий

Квалификация (степень) выпускника: магистр

Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ»

Цикл:

общенаучный / профессиональный

Часть цикла:

базовая/вариативная

№ дисциплины по учебному плану:

М1.4; М2.11

Часов (всего) по учебному плану:

180

Трудоемкость в зачетных единицах:

5

2 семестр — 3;
2 семестр — 2

Лекции

36 час

2 семестр

Практические занятия

Лабораторные работы

18 час

2 семестр

Расчетные задания, рефераты

Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

108 час

Экзамены

2 семестр

Курсовые проекты (работы)

18 час

2 семестр

Москва - 2011

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является изучение общих принципов построения математических моделей тепловых и гидравлических процессов технологических объектов управления, методов получения и сравнительного анализа моделей различной степени приближения, выбор наилучшей модели в зависимости от ее назначения.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

·  использовать на практике навыки и умения в организации научно-исследовательских и научно-производственных работ, оценивать качество результатов деятельности (ОК-4);

·  проявлять инициативу, в том числе в ситуациях риска, брать на себя всю полноту ответственности за свои решения в рамках профессиональной компетенции, уметь разрешать проблемные ситуации (ОК-5);

·  самостоятельно приобретать и использовать в практической деятельности новые знания и умения, расширять и углублять свое научное мировоззрение, в том числе с помощью информационных технологий (ОК-6);

·  использовать углубленные теоретические и практические знания естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности (ПК-1), (ПК-2);

·  применять современные методы исследования, проводить научные эксперименты, оценивать результаты выполненной работы (ПК-6);

·  формулировать задания на разработку проектных решений, связанных с модернизацией технологического оборудования, мероприятиями по улучшению эксплуатационных характеристик, повышению экологической безопасности, экономии ресурсов (ПК-10);

·  осуществлять педагогическую деятельность в области профессиональной подготовки (ПК-32).

Задачами дисциплины являются:

·  освоение обучающимися принципами и методологией построения математических моделей теплотехнических объектов, способами упрощения моделей и анализа влияния допущений на точность модели;

·  ознакомление с новейшими достижениями и тенденциями в области математического моделирования;

·  приобретение практических навыков создания аналитических моделей всех типов теплообменных устройств, применяемых на тепловых и атомных электростанциях.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к базовой части общенаучного цикла (М.1.4) и вариативной части профессионального цикла (М.2.10) основной образовательной программы подготовки магистров по программе “Автоматизированные системы управления объектами промышленных предприятий» направления 140100 Теплоэнергетика и теплотехника. Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Математика», «Физика», «Теория вероятностей и математическая статистика», «ТАУ» и учебно-исследовательской практике.

Знания, полученные при освоении дисциплины, необходимы для изучения профилирующих дисциплин, а также для выполнения выпускной работы магистра по направлению «Теплоэнергетика и теплотехника».

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

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

Знать:

·  правовые и этические нормы при оценке последствий своей профессиональной деятельности, при разработке и осуществлении социально значимых проектов (ОК-7);

·  принципы и методологию построения математических моделей теплотехнических объектов, способы упрощения моделей с анализом влияния допущений на точность модели;

·  влияние технологических особенностей и режимов работы теплообменных устройств на структуру и характеристики математической модели;

·  основные методы и средства автоматизированных систем управления технологическими процессами в теплоэнергетике, теплотехнике и теплотехнологиях (ПК-21);

Уметь:

·  обучаться новым методам исследования, быть готовым к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности в процессе изменения условий деятельности (ОК-2);

·  приобретать и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности, расширять и углублять свое научное мировоззрение, в том числе с помощью информационных технологий (ОК-6);

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

·  разрабатывать эскизные, технические и рабочие проекты объектов и систем теплоэнергетики, теплотехники и теплотехнологии с использованием средств автоматизации проектирования, передового опыта их разработки (ПК-12);

·  применять методы математического моделирования, теоретического и экспериментального исследования в прикладной теории управления;

·  анализировать информацию о новых моделях и новых подходах в математическом моделировании;

·  свободно пользоваться русским и иностранным языками как средством делового общения, обладать способностью к активной социальной мобильности

(ОК-3);

Владеть:

·  методологическими основами научного познания и творчества, представлять роль научной информации в развитии науки (ОК-8);

·  современными достижениями науки и передовой технологии в расчетно-проектной, проектно-конструкторской, производственно-технологической, научно-исследовательской, организационно-управленческой и педагогической деятельности (ПК-22);

·  приемами решения математических моделей как во временной, так и в частотной области;

·  техникой использования математических пакетов в целях моделирования объектов и автоматических систем управления.

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. Основные по-нятия математического моделирования

3

2

2

1

Тест: основные понятия о математическом моделировании

2

Принципы построения математических моделей

6

2

4

2

Тест: принципы построения моделей

3

Модели одномерного однофазного потока

8

2

4

2

2

Тест: виды моделей и их характеристики

4

Модели теплопереда-ющей стенки

6

2

2

2

2

Тест: виды моделей и их характеристики

5

Модели гидродинамических процессов

6

2

4

2

Тест: виды моделей и их характеристики

6

Обобщенная математическая модель теплообменников

8

2

2

4

2

Курсовая работа

7

Математическое моде-лирование процессов оборудования ТЭС

16

2

10

4

2

Курсовая и лабораторные работы

8

Математическое моде-лирование процессов оборудования АЭС

12

2

6

4

2

Курсовая и лабораторные работы

9

Алгоритмизация расче-тов математических моделей на ЭВМ

5

2

2

2

1

Курсовая и лабораторные работы

Зачет

2

2

—

—

—

2

Защита КР

Экзамен

36

2

—

—

—

36

устный/письмен.

Итого:

108

36

18

54

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции

2 семестр

1.  Введение. Основные понятия математического моделирования

Основные понятия математического моделирования. Классификация моделей. Модели различной степени приближения: распределенные и сосредоточенные, линейные и нелинейные, статические и динамические.

Способы представления математических моделей: системой дифференциальных уравнений, векторно-матричной формой, структурными схемами, сигнальными графами.

2.  Принципы построения математических моделей

Принципы построения математических моделей, декомпозиция задачи, структура модели. Уравнения законов сохранения вещества, энергии и количества движения для потоков жидкостей и газов. Уравнения теплопроводности для твердых тел.

Техника получения моделей статического, линейного, точечного и многоточечного приближения из распределенной нелинейной модели.

3.  Модели одномерного однофазного потока

Модели тепловых процессов одномерного однофазного потока. Метод двойного преобразования Лапласа. Двухмерные передаточные функции. Статические и динамические характеристики различных моделей потока: с распределенными и сосредоточенными параметрами, точечные и многоточечные.

4.  Модели теплопередающей стенки

Модели различного приближения для плоской и цилиндрической теплопередающей стенки. Распределенная и точечная модели плоской стенки и их статические динамические характеристики.

5.  Модели гидродинамических процессов

Модели гидродинамических процессов несжимаемых, слабо сжимаемых и сжимаемых потоков. Статические и динамические характеристики различных моделей потока.

6.  Обобщенная математическая модель теплообменников

Обобщенная математическая модель типовых теплообменных устройств в энергетике: конвективных и радиационных, прямоточных и противоточных, с однофазными и двухфазными теплоносителями. Декомпозиция и упрощение модели. Выбор метода решения. Статические и динамические характеристики различных моделей типовых теплообменных устройств.

7.  Математическое моделирование процессов оборудования ТЭС

Математическое моделирование процессов теплоэнергетического оборудования ТЭС. Структура математической модели барабанного котла. Динамические характеристики различных поверхностей котла. Особенности моделирования динамики циркуляционного контура. Структура математической модели прямоточного котла. Динамические характеристики различных поверхностей прямоточного котла.

8.  Математическое моделирование процессов оборудования АЭС

Математическое моделирование процессов теплоэнергетического оборудования АЭС. Структура математической модели энергоблока с реактором ВВЭР. Динамические характеристики реактора и парогенератора.

9.  Алгоритмизация расчетов математических моделей на ЭВМ

Итерационные алгоритмы расчета статических режимов. Расчет переходных процессов нелинейных моделей. Расчет частотных характеристик различных моделей.

4.2.2. Практические занятия

Практические занятия учебным планом не предусмотрены

4.3. Лабораторные работы

2 семестр

№ 1. Использование подпрограмм вычисления термодинамических функций при исследовании тепловых процессов.

№ 2. Расчет статических характеристик поверхности теплообмена.

№ 3. Расчет комплексных динамических характеристик различных моделей потока и теплопередающей стенки.

№ 4. Расчет комплексных частотных характеристик различных моделей поверхно-сти теплообмена.

4.4. Расчетные задания

Расчетные задания учебным планом не предусмотрены.

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы

Курсовая работа посвящена построению и расчету характеристик математических моделей различной степени приближения для заданного участка реального технологического оборудования ТЭС или АЭС.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся с использованием презентаций, содержащих примеры математических моделей и графики их характеристик.

При выполнении лабораторных работ в сетевом классе ПЭВМ используются специализированные программы, выполняющие расчет термодинамических параметров воды и пара, расчет статических и динамических характеристик поверхности теплообмена, контроль теоретических знаний, предоставление методических указаний и выдачу задания на индивидуальные расчеты в математическом пакете Mathcad. Предусмотрено электронное пособие «Расчет характеристик поверхности теплообмена».

При выполнении курсовой работы используется электронное учебное пособие «Расчет характеристик поверхности теплообмена», электронные методические материалы и математический пакет Mathcad.

Самостоятельная работа включает подготовку к тестам, выполнение курсовой работы и подготовку к ее защите, подготовку к зачету и экзамену.

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

Для текущего контроля успеваемости используются устные опросы, презентации рефератов, защиты лабораторных работ, защита курсовой работы.

Аттестация по дисциплине — зачет и экзамен.

Оценка за освоение дисциплины, определяется из условия: 0,2´(среднеарифметическая оценка за тесты) + 0,3´оценка за курсовую работу + 0,5´оценка на экзамене).

В приложение к диплому вносится оценка за 2 семестр.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

1. Математические модели технологических объектов: учебное пособие. М.: Издательский дом МЭИ. 20с.

2. Задачи по математическому моделированию объектов управления: учебное пособие. М.: МЭИ. 19с.

3. Расчет характеристик поверхности теплообмена. М.: МЭИ. 20с.

б) дополнительная литература:

1. , Динамика парогенераторов. М.: Энергоиздат. 19с.

2. Статические и динамические характеристики ядерных энергети-ческих установок: учебное пособие. М.: МЭИ. 19с.

3. , Автоматическое управление и защита тепло-энергетических установок АЭС. М.: Энергоатомиздат. 19с.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

http://mas. *****/about/;

б) специализированное программное обеспечение кафедральной вычислительной лаборатории:

Visual-Basic программа «Расчет ТО» для расчета статических и динамических характеристик поверхностей теплообмена оборудования ТЭС, АЭС и промышленных предприятий;

Методические пособия для выполнения лабораторных и курсовой работ.

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

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

Программа «Математическое моделирование» составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки 140100 «Теплоэнергетика и теплотехника» и магистерской программы «Автоматизированные системы управления объектами промышленных предприятий».

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

д. т.н., профессор ПИКИНА Г. А.

«УТВЕРЖДАЮ»:

Зав. кафедрой

Автоматизированных систем управления тепловыми

процессами МЭИ (ТУ)

д. т.н., профессор АНДРЮШИН А. В.