МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ (ИПЭЭф) ___________________________________________________________________________________________________________

Направление подготовки: 140100 Теплоэнергетика и теплотехника

Магистерская программа: Энергообеспечение предприятий. Тепломассообменные процессы и установки.

Квалификация (степень) выпускника: магистр

Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"СПЕЦВОПРОСЫ ТЕПЛОМАССООБМЕНА"

Цикл:

М.1 Общеобразовательный

Часть цикла:

по выбору

№ дисциплины по учебному плану:

5.1

Часов (всего) по учебному плану:

108

Трудоемкость в зачетных единицах:

3

2 семестр

Лекции

36 часов

2 семестр

Практические занятия

18 часов

2 семестр

Лабораторные работы

нет

Расчетные задания, рефераты

нет

Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

54 часа

Экзамены

нет

Курсовые проекты (работы)

нет

Москва - 2011

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Интенсивное развитие тепловой и атомной энергетики, минимизация габаритных размеров тепловыделяющего и теплогенерирующего оборудования требует от их проектировщиков технических решений по эффективному отводу теплоты от различного рода устройств, в том числе, при помощи организации фазового перехода (кипение. испарения) в охлаждающей жидкости. В связи с этим становится актуальным решение следующих задач:

- Определение параметров закипания жидкостей в различных условиях.

- Расчет теплоотдачи при кипении жидкостей.

- Определение условий, приводящих к возникновению кризиса теплоотдачи.

Целью дисциплины является ознакомление студентов с путями решения вышеперечисленных и других актуальных задач тепломассообмена в двухфазных неадиабатных потоках.

По завершению освоения данной дисциплины студент должен обладать следующими общекультурными и профессиональными компетенциями:

·  способностью совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень (ОК-1);

·  способностью самостоятельно 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);

·  готовностью вести библиографическую работу с привлечением современных информационных технологий, способностью анализировать, синтезировать и критически резюмировать информацию (ОК-9);

·  способностью использовать углубленные теоретические и практические знания, которые находятся на передовом рубеже науки и техники в области профессиональной деятельности (ПК-2);

·  способностью находить творческие решения профессиональных задач, готовностью принимать нестандартные решения (ПК-4);

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

·  способностью оформлять, представлять и докладывать результаты выполненной работы (ПК-8);

·  готовностью использовать современные и перспективные компьютерные и информационные технологии (ПК-9);

·  способностью планировать и ставить задачи исследования, выбирать методы экспериментальной работы, интерпретировать и представлять результаты научных исследований, давать практические рекомендации по их внедрению в производство (ПК-23)

Задачами дисциплины являются

·  ознакомление с основными проблемами в области кипения жидкостей;

·  изучение общих закономерностей фазового перехода;

·  определение условий образования устойчивой паровой фазы в различных условиях;

·  умение определить эффективность отводы теплоты от теплоотдающей поверхности в условиях кипения охлаждающей жидкости;

·  обеспечение надежности функционирования теплоэнергетического оборудования с точки зрения недопустимости возникновения кризисов теплоотдачи при кипении жидкостей..

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части общенаучного цикла М.1 и является дисциплиной по выбору студента основной образовательной программы подготовки магистров по программе "Энергообеспечение предприятий. Тепломассообменные процессы и установки" направления 140100 «Теплоэнергетика и теплотехника».

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: "Термодинамика", "Физика", «Химия» «Тепломассообмен» и «Тепломассообменное оборудование предприятий».

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы выпускникам для принятия грамотных и ответственных решений при проектировании систем охлаждения и температурной стабилизации устройств, генерирующих высокие плотности теплового потока, в промышленной и атомной тепловой энергетике, радиоэлектронике, транспорте и т. д.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

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

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Знать:

·  способы расчета параметров закипания жидкостей (ОК-1, ОК-4, ПК-9);

·  методики расчета теплоотдачи при кипении (ОК-1, ОК-4, ПК-9);

·  основные параметры, влияющие на возникновение кризиса теплоотдачи (ОК-1, ОК-4, ПК-9).

Уметь:

·  Рассчитывать температурный напор, соответствующий началу кипения жидкостей в различных условиях (ПК-2, ПК-4);

·  Рассчитывать теплоотдачу при кипении (ПК-2, ПК-4);

·  Рассчитывать критическую плотность теплового потока при кипении (ПК-2, ПК-4);

Владеть:

·  навыками анализа литературы по рассматриваемой тематике (ОК-1);

·  терминологией в области физики кипения (ОК-1);

·  методиками расчета характеристик кипения (ПК-2).

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы, 108 часа.

№

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

Фазовые переходы и фазовые диаграммы веществ

12

2

4

2

6

Тест

2

Парообразование в объеме перегретой жидкости (гомогенное зародышеобразование)

12

2

4

2

6

Тест

3

Парообразование на твердой поверхности (гетерогенное зародышеобразование)

14

2

4

2

8

Тест

4

Некоторые частные случаи закипания жидкостей

14

2

4

2

8

Контрольная работа

5

Теплообмен при кипении жидкостей

17

2

6

3

8

Тест

6

Интенсивность теплоотдачи при кипении

17

2

6

3

8

Тест

7

Кризис теплоотдачи

20

2

8

4

8

Тест

Зачет

2

2

--

--

--

2

Положительные тесты по изучаемым разделам

Экзамен

нет

Итого:

108

36

18

54

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции:

1. Фазовые переходы и фазовые диаграммы веществ

Бинодаль и спинодаль. Кипение и испарение жидкостей. Кривые кипения жидкостей в свободном объеме и в каналах при вынужденном движении. Количественные характеристики двухфазных потоков.

2. Парообразование в объеме перегретой жидкости (гомогенное зародышеобразование)

Образование паровой фазы в объеме перегретой жидкости (гомогенное зародышеобразование). Предельный перегрев жидкости. Методы опытного изучения предельного перегрева. Начало фазового перехода в объеме перегретой жидкости. Критический размер парового пузырька. Термодинамическое равновесие жидкость – пар. Пример расчета предельного перегрева.

3. Парообразование на твердой поверхности (гетерогенное зародышеобразование)

Роль твердой поверхности в процессе зарождения паровой фазы. Локальный и средний краевые углы смачивания. Закипание при тепловом равновесии жидкости и твердой поверхности. Закипание в условиях стабильного во времени градиента температур в пристенных слоях жидкости. Методика расчета температурного напора и координаты канала, в котором происходит закипание. Закипание в условиях квазипериодического изменения температурного поля.

4. Некоторые частные случаи закипания жидкостей

Закипание при быстро нарастающей тепловой нагрузке или температуры поверхности стенки. Параметры закипания: температурный напор и время начала кипения. Закипание на поверхности с пористым покрытием. Закипание тонких слоев жидкости. Понятие термокапиллярной конвекции.

5. Теплообмен при кипении жидкостей

Режимы кипения в условиях естественной и вынужденной конвекции. Пузырьковое кипение. Факторы, оказывающие влияние на интенсивность теплоотдачи. Внутренние характеристики, механизм и модели пузырькового кипения. Соотношение для теплоотдачи при пузырьковом кипении. Особенности пузырькового кипения в области очень низких давлений и криогенных жидкостей. Три вида гистерезиса теплоотдачи при кипении. Пузырьковое кипение в каналах в условиях значительных скоростей потока, теплообмен в каналах при высоких паросодержаниях потока.

6. Интенсивность теплоотдачи при кипении

Кипение в тонких пленках (слоях) жидкости. Кипение в каналах малого диаметра. Теплообмен при кипении жидкости на оребренных поверхностях. Кипение на поверхностях с пористыми покрытиями.

7. Классификация Кризис теплоотдачи

Кризис пузырькового кипения в свободном объеме. Влияние на кризис теплоотдачи различных факторов. Природа кризисов. Различные подходы и модели кризисов теплоотдачи. Кризисы теплоотдачи в каналах в условиях вынужденного течения. Кризис в пузырьковом режиме течения (кризис первого рода) и кризис теплоотдачи в дисперсно-кольцевом режиме течения. Сравнение различных методик.

4.2.2. Практические занятия

2 семестр

Построение кривых пузырькового кипения при помощи расчетных соотношения , Лабунцова ДА.,

Определение температуры предельного перегрева.

Контрольная работа.

Определение сечения канала, в котором происходит закипание жидкости.

Определение критической плотности теплового потока при пузырьковом кипении.

Определение критической плотности теплового потока в дисперсно-кольцевом режиме.

Контрольная работа.

4.3. Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены

4.4. Расчетные задания учебным планом не предусмотрены

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы учебным планом не предусмотрены

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием презентаций. Презентации лекций содержат большое количество графического материала.

Практические занятия проводятся в интерактивной форме. Выдаются индивидуальные расчетные задания. Освоение материала поверяется при проверке индивидуальных заданий и при помощи контрольных работ.

Самостоятельная работа включает подготовку к тестам и контрольным работам, подготовку к зачету.

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

Для текущего контроля успеваемости используются индивидуальные тестовые задания, контрольные работы, устный опрос.

Аттестация по дисциплине – зачет.

Оценка за освоение дисциплины, определяется как среднее арифметическое оценок за контрольные работы и оценок выполнения индивидуальных заданий.

В приложение к диплому вносится оценка за 2 семестр обучения в магистратуре.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

1.  Кризис теплоотдачи при пузырьковом кипении жидкостей в каналах: учебное пособие / , . – М.: МЭИ, 2005.

2.  Перегревы и закипание жидкостей: учебное пособие / , , . – 2-е издание. – М.: МЭИ, 2007.

б) дополнительная литература:

3.  Механика двухфазных систем: учебное пособие для вузов/ , . – М.: МЭИ, 2000.

4.  , , Павлов криогенных жидкостей. М.: Энергоиздат. 1995

5.  , , Ковалев в ядерных энергетических установках. М.: Энергоиздат, 1986.

6.  Варгафтик свойства веществ (справочник). М.: Наука, 1973.

7.  Справочник по теплообменникам в двух томах. Под редакцией , . М.: Энергоатомиздат, 1987

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

http://webbook. nist. gov/chemistry/fluid. Сайт с теплофизическими свойствами жидкостей.

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

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

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки магистров 140100 «Теплоэнергетика и теплотехника» при реализации программы подготовки магистров кафедры ТМПУ «Энергообеспечение предприятий. Тепломассообменные процессы и установки».

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

д. т.н., профессор

к. т.н., доцент

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой ТМПУ

к. т.н., профессор