МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ ТЕПЛОВОЙ И АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИТАЭ) ___________________________________________________________________________________________________________

Направление подготовки: 141700 Ядерная энергетика и теплофизика

Профиль(и) подготовки: Техника и физика низких температур

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ТЕХНИКИ "

Цикл:

профессиональный

Часть цикла:

вариативная

№ дисциплины по учебному плану:

ИТАЭ; Б3.14

Часов (всего) по учебному плану:

180

Трудоемкость в зачетных единицах:

5


7 семестр – 2;
8 семестр - 3

Лекции

48 час

7,8 семестры

Практические занятия

33 час

7,8 семестры

Лабораторные работы

Расчетные задания, рефераты

18 час самостоят. работы

8 семестр

Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

99 час

Экзамены

8 семестр

Курсовые проекты (работы)

Москва - 2010

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является изучение основ построения схем низкотемпературных установок и методик их расчета.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

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

·  способностью использовать полученные специализированные знания для проектирования, создания и эксплуатации разнообразных установок низкотемпературной техники (ПСК-1);

·  способностью использовать специализированные знания в области низкотемпературной техники для освоения смежных технических дисциплин (ПСК-2);

·  готовностью использовать современные информационные технологии на уровне пользователя для решения теплофизических задач расчета разнообразных процессов в низкотемпературных установках (ПСК-4);

Задачами дисциплины являются

·  познакомить обучающихся с основными видами низкотемпературных установок, применяемых в промышленности;

·  дать сведения о физических принципах построения низкотемпературных установок, о той информационной базе, которая необходима для создания этих установок;

·  научить принимать и обосновывать конкретные технические решения при последующем конструировании элементов низкотемпературных установок.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю "Техника и физика низких температур" направления 141700 Ядерная энергетика и теплофизика.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: "Физика", "Термодинамика", "Тепломассообмен" и учебно-производственной практике.

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и изучении дисциплин, "Установки и системы низкотемпературной техники" и "Термодинамика смесей и растворов", а также программы магистерской подготовки.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

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

Знать:

·  основы методик расчетов количественных характеристик процессов, протекающих в конкретных технических системах на основе существующих методик (ПК-8);

·  подходы к разработке проектов узлов аппаратов низкотемпературной техники с учетом сформулированных к ним требований, использовать в разработке технических проектов новых информационных технологий;

Уметь:

·  использовать полученные специализированные знания для проектирования, создания и эксплуатации разнообразных установок низкотемпературной техники (ПСК-1);

·  использовать специализированные знания фундаментальных разделов математики, физики, экологии и других дисциплин для освоения основ принципов построения и создания новейших типов низкотемпературных установок и систем (ПСК-3);

·  использовать новейшие информационные технологии при проектировании, создании и эксплуатации разнообразных низкотемпературных установок и систем (ПСК-5);

Владеть:

·  способностью использовать специализированные знания в области низкотемпературной техники для освоения смежных технических дисциплин (ПСК-2);

·  готовностью использовать современные информационные технологии на уровне пользователя для решения теплофизических задач расчета разнообразных процессов в низкотемпературных установках (ПСК-4);

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

Применение основ статистической термодинамики к анализу характеристик процессов в низкотемпературных установках.

10

7

4

4

2

Тест на знание терминологии

2

Особенности низкотемпературных технических систем, их анализ, расчет и оптимизация на основе использования специальных разделов термодинамики и теплофизики.

12

7

2

2

8

Расчетное задание по уравнениям состояния

3

Циклы установок преобразования энергии и термодинамический анализ эффективности процессов в них.

14

7

4

4

6

Контрольная работа

4

Использование смесей.

12

7

4

4

4

Расчетное задание по диаграммам бинарных смесей

5

Использование газовых циклов.

12

7

4

4

4

Тест на понимание основ конструкции газовых машин

6

Установки микрокриогенной техники.

12

8

4

2

6

Тест на понимание основ конструкции установок

7

Возможные варианты построения других видов низкотемпературных установок.

42

8

12

8

22

Контрольная работа

8

Получение и использование сверхнизких температур.

16

8

6

2

8

Тест на понимание принципов построения установок

9

Оборудование установок низкотемпературной техники.

12

8

6

2

4

Тест на понимание конструкции элементов установок

10

Системный анализ низкотемпературных устройств и экономика.

7

8

2

1

4

Тест на понимание основ анализа

Зачет

4

7,8

--

--

--

4

Сдача расчетных заданий и анализ результатов контрольных работ

Экзамен

27

8

--

--

--

27

устный

Итого:

180

48

33

99

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции

7 семестр

1. Применение основ статистической термодинамики к анализу характеристик процессов в низкотемпературных установках.

Примеры получения закономерностей для зависимостей термодинамических параметров (уравнение состояния, энтропия, уравнения Максвелла, ) на основе статистического подхода описания системы частиц.

2. Особенности низкотемпературных технических систем, их анализ, расчет и оптимизация на основе использования специальных разделов термодинамики и теплофизики.

Уравнения состояния термодинамической системы, как основа для получения информации о ее параметрах и их взаимосвязях. Законы термодинамического состояния системы и диаграммы данного состояния.

Основные термодинамические процессы и их графическое изображение на диаграммах.

3. Циклы установок преобразования энергии и термодинамический анализ эффективности процессов в них.

Холодильные и криогенные циклы.

Примеры расчета низкотемпературных циклов. р-h диаграмма. Эксергетический анализ работы установок.

Развитие схем парожидкостных установок. Многоступенчатые и каскадные схемы. Тепловые насосы.

4. Использование смесей.

Основы методики построения анализа процессов в смесях. Диаграммы бинарных смесей. Ректификация. Растворимость газов и жидкостей.

5. Использование газовых циклов.

Установки со стационарными циклами. Нестационарные циклы. Основы построения машин Стирлинга и МакМагона.

8 семестр

6. Установки микрокриогенной техники.

Основные требования и возможные варианты выполнения схем этих установок. Примеры реализации установок микрокриогенной техники различного назначения.

7. Возможные варианты построения других видов низкотемпературных установок.

Пароэжекторные холодильные установки преобразования энергии. Газодинамические функции и их использование. Расчет пароэжекторных холодильных установок.

Вихревая труба. Процессы при преобразовании энергии в вихревой трубе. Основы расчета холодильных установок с вихревой трубой.

Абсорбционные холодильные установки. h-x диаграмма. Методика расчета данных установок.

Необходимость использования для охлаждения различных объектов электрических, магнитных и оптических методов. Термоэлектрическое охлаждение. Возможности повышения эффективности материалов. Многоступенчатые и комбинированные полупроводниковые термотрансформаторы.

8. Получение и использование сверхнизких температур.

Рефрижераторы растворения. Магнитокалорическое охлаждение в области криотемператур. Ограничения, связанные со свойствами магнетиков. Электрокалорическое охлаждение и материалы. Многоступенчатые системы.

9. Оборудование установок низкотемпературной техники.

Примеры конструкций элементов установок (компрессоры, детандеры, дроссели, фильтры).

10. Системный анализ низкотемпературных устройств и экономика.

Перспективы развития и новые области использования низких температур в промышленности, сельском хозяйстве и энергетике.

4.2.2. Практические занятия

7 семестр

Количественная проработка материалов лекций по уравнениям состояния термодинамической системы, по использованию диаграмм рабочих веществ низкотемпературной техники, графическое построение парокомпрессионных циклов схем низкотемпературных установок различного типа. Определение значений термодинамических параметров в точках цикла, расчет энергетических нагрузок аппаратов системы, КПД цикла и оптимальных условий работы систем по преобразованию энергии. Количественный анализ влияния значения температуры окружающей среды на эффективность энергетических систем.

8 семестр

Количественная проработка материалов лекций по различным видам низкотемпературных установок. Использование диаграмм рабочих веществ низкотемпературной техники. Графическое построение циклов схем низкотемпературных установок различного типа (эжекторные, абсорбционные, вихревая труба, термоэлектрическое охлаждение). Определение значений термодинамических параметров в точках цикла, расчет энергетических нагрузок аппаратов системы, КПД цикла и оптимальных условий работы систем по преобразованию энергии.

4.3. Лабораторные работы

Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены

4.4. Расчетные задания

Программная реализация расчета изотермического процесса по уравнениям Ван-дер-Вальса, Редлиха-Квонга и сравнение с действительными значениями.

Расчет термодинамических параметров и энергетических показателей парокомпрессионной установки и теплового насоса.

Расчет энергетических показателей различных низкотемпературных установок.

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы

Курсовой проект(курсовая работа) учебным планом не предусмотрен.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием компьютерных презентаций и фотоматериалов.

Практические занятия включают проведение анализа характеристик низкотемпературных установок на основе использования расчетных методик. Знакомство с различными диаграммами, используемыми на практике.

Самостоятельная работа включает подготовку к тестам и контрольным работам, оформление расчетных заданий и подготовку к зачету и экзамену.

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

Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов, контрольные работы, устный опрос, защита расчетных заданий.

Аттестация по дисциплине – зачет и экзамен.

Оценка за освоение дисциплины, определяется как соотношение весовых коэффициентов различных видов текущего контроля (оценки за контрольные работы и тесты, оценка за расчетные задания и оценка за экзамен).

В приложение к диплому вносится оценка за 8 семестр.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

, Бродянский основы трансформации тепла и процессов охлаждения: Учеб. Пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1981.

, , Шейндлин термодинамика. М.: Энергия, 2009.

, , Шпильрайн растворов, М.: Энергия, 1980.

Мартынов для трансформации тепла и охлаждения. Сборник задач. М.: Энергатомиздат, 1989.

Справочник по физико-техническим основам криогеники. Под ред. М.:Энергоатомиздат, 1985.

Электронный конспект лекций по курсу "Термодинамические основы низкотемпературной техники" – М.: МЭИ, 2008.

б) дополнительная литература:

Архаров системы в 2 т. 3-е издание, М, Машиностроение, 1996

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

Материалы из электронного конспекта лекций.

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

www.kryogenmash.ru; www. *****;

.

б) другие:

видеоматериалы каталогов фирм, работающих по производству низкотемпературной техники.

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

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

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 141700 «Ядерная энергетика и теплофизика» и профилю «Техника и физика низких температур».

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

к. т.н., доцент

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой Низких температур

д. т.н., профессор