Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
УТВЕРЖДАЮ
Проректор-Директор ФТИ
___________
«___» ____________2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ
В ЯДЕРНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ
НАПРАВЛЕНИЕ ООП: ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА И ТЕХНОЛОГИИ
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ: Ядерные реакторы и энергетические установки
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ): бакалавр
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ План ПРИЕМА 2011 г.
КУРС 3; СЕМЕСТР 6;
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ: 3
ПРЕРЕКВИЗИТЫ: «Физика», «Математика», «Техническая физика»
КОРЕКВИЗИТЫ: «Энергооборудование ядерных энергетических установок», «Экспериментальные методы ядерной физики», «Физико-энергетические установки»
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
Лекции | 18 | часов (ауд.) |
Лабораторные занятия | 0 | часов (ауд.) |
Практические занятия | 27 | часов (ауд.) |
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ | 45 | часов |
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА | 45 | часов |
ИТОГО | 90 | часов |
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ | очная |
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ: ЗАЧЕТ В 6 СЕМЕСТРЕ
Обеспечивающая кафедра: «Физико-энергетические установки»
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ: д. ф.-м. н., профессор
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП: д. т.н., доцент
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ: к. ф.-м. н., доцент
2011 г.
1. Цели освоения дисциплины
В результате освоения данной дисциплины бакалавр приобретает знания, умения и навыки, обеспечивающие достижение целей Ц1 и Ц3 основной образовательной программы «Ядерная физика и технологии».
Дисциплина нацелена на подготовку бакалавров к:
- научно-исследовательской и производственно-технологической работе в области исследований тепловых процессов, протекающих в физико-энергетических установках,
- решению научно-исследовательских и прикладных задач, возникающих при проектировании технологических процессов и оборудования для атомной промышленности,
- поиску и анализу профильной научно-технической информации, необходимой для решения конкретных инженерных задач, в том числе при выполнении междисциплинарных проектов.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина относится к профильным дисциплинам профессионального цикла (Б3.В3). Она непосредственно связана с дисциплинами естественнонаучного и математического цикла (физика, математика, техническая физика) и общепрофессионального цикла (техническая физика) и опирается на освоенные при изучении данных дисциплин знания и умения. Кореквизитами для дисциплины «Тепловые процессы в ядерных энергетических установках» являются дисциплины: «Энергооборудование ядерных энергетических установок», «Экспериментальные методы ядерной физики», «Физико-энергетические установки».
3. Результаты освоения дисциплины
При изучении дисциплины бакалавры должны научиться самостоятельно планировать выбирать оптимальные методики и оборудование для проведения расчетов, рационально определять условия работы оборудования, проводить обработку полученных результатов.
После изучения данной дисциплины бакалавры приобретают знания, умения и опыт, соответствующие результатам основной образовательной программы: Р1, Р7, Р9. Соответствие результатов освоения дисциплины «Тепловые процессы в ядерных энергетических установках» формируемым компетенциям ООП представлено в таблице.
Формируемые компетенции в соответствии с ООП | Результаты освоения дисциплины |
З.1.1, З.7.1 | В результате освоения дисциплины бакалавр должен знать: основные методы, способы и средства получения, хранения, переработки информации; основные законы естественнонаучных дисциплин; |
У.1.1, У.7.1, У.9.1. | В результате освоения дисциплины бакалавр должен уметь: самообучаться, повышать свою квалификацию и мастерство; использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности; проводить расчеты, проектировать детали и узлы приборов, установок в соответствии с техническим заданием с использованием стандартных средств автоматизации проектирования. |
В.1.1, В.1.2, В.7.1, В.9.1. | В результате освоения дисциплины бакалавр должен владеть опытом: обобщения, анализа, восприятия информации, постановки цели и выбора путей ее достижения; работы с компьютером как средством управления информацией; математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования; проведения предварительного технического обоснования проектных расчетов установок и приборов. |
4. Структура и содержание дисциплины
4.1. Структура дисциплины по разделам, формам организации и контроля обучения
№ | Название раздела | Аудиторная работа (час) | СРС (час) | Итого | Формы текущего контроля и аттестации | |
Лекции | Практ. зан. | |||||
1 | Основные уравнения тепломассообмена | 2 | 2 | 6 | 10 | Устный отчет |
2 | Теплопроводность в ядерном реакторе | 6 | 10 | 16 | 32 | Контрольная работа |
3 | Конвективный теплообмен в ядерном реакторе | 6 | 10 | 16 | 32 | Контрольная работа |
4 | Расчет теплофизических параметров элементов активной зоны | 4 | 5 | 7 | 16 | Контрольная работа |
5 | Промежуточная аттестация | Зачет | ||||
Итого | 18 | 27 | 45 | 90 |
При сдаче контрольных работ проводится устное собеседование.
4.2. Содержание разделов дисциплины
Раздел 1. Основные уравнения тепломассообмена
Лекция. Практические занятия. Введение. Цели и задачи освоения дисциплины. Вязкость. Расход жидкости. Уравнение неразрывности потока. Статическое давление. Уравнение теплопроводности. Условия однозначности для процессов теплопроводности. Уравнение движения.
Раздел 2. Теплопроводность в ядерном реакторе
Лекция. Практические занятия. Температурное поле. Температурный градиент. Тепловой поток. Коэффициент теплопроводности. Теплопроводность при стационарном режиме. Теплопроводность при наличии внутренних источников тепла.
Раздел 3. Конвективный теплообмен в ядерном реакторе
Лекция. Практические занятия. Факторы, влияющие на теплоотдачу. Моделирование процессов конвективного теплообмена. Теплоотдача в однофазной среде при свободном движении жидкости (естественная конвекция). Теплоотдача в однофазной среде при вынужденном течении жидкости. Теплоотдача при вынужденном поперечном омывании труб и пучков труб. Теплоотдача жидких металлов. Теплоотдача при кипении.
.
Раздел 4. Расчет теплофизических параметров элементов активной зоны
Лекция. Практические занятия. Расчет удельных значений тепловыделения по длине технологического канала (ТК). Расчет параметров теплоносителя по длине ТК и количества теплоты, выделяющейся на отдельных участках и в центральном ТК. Расчет коэффициентов теплоотдачи с поверхности ТВЭЛ. Расчет распределения температуры в ТВЭЛ. Распределение температуры в блоке замедлителя. Распределение температуры в органах регулирования.
4.3. Распределение компетенций по разделам дисциплины
Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения по основной образовательной программе, формируемых в рамках данной дисциплины и указанных в пункте 3.
№ | Формируемые компетенции | Разделы дисциплины | |||
1 | 2 | 3 | 4 | ||
1. | З.1.1 | x | |||
2. | З.7.1. | x | х | x | x |
3. | У.1.1. | х | x | x | |
4. | У.7.1. | x | |||
5. | У.9.1. | x | x | x | |
6. | В.1.1. | х | |||
7. | В.1.2. | x | |||
8. | В.7.1. | x | x | x | |
9. | В.9.1. | x | x |
5. Образовательные технологии
При освоении дисциплины используются следующие сочетания видов учебной работы с методами и формами активизации познавательной деятельности бакалавров для достижения запланированных результатов обучения и формирования компетенций.
Методы и формы активизации деятельности | Виды учебной деятельности | ||
ЛК | Практические занятия | СРС | |
Дискуссия | х | х | |
IT-методы | х | х | |
Командная работа | х | х | |
Разбор кейсов | х | ||
Опережающая СРС | х | х | х |
Индивидуальное обучение | х | ||
Проблемное обучение | х | х | |
Обучение на основе опыта | х | х |
Для достижения поставленных целей преподавания дисциплины реализуются следующие средства, способы и организационные мероприятия:
- изучение теоретического материала дисциплины на лекциях с использованием компьютерных технологий;
- самостоятельное изучение теоретического материала дисциплины с использованием Internet-ресурсов, информационных баз, методических разработок, специальной учебной и научной литературы;
- закрепление теоретического материала при проведении практических занятий с использованием учебного и научного оборудования, выполнения проблемно-ориентированных, поисковых, творческих заданий.
6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов (CРC)
6.1 Текущая и опережающая СРС, направленная на углубление и закрепление знаний, самостоятельное решение проблемных заданий, а также развитие практических умений заключается в:
- работе бакалавров с лекционным материалом, поиск и анализ литературы и электронных источников информации по заданной проблеме,
- выполнении домашних заданий в виде решения задач,
- подготовке реферата,
- изучении тем, вынесенных на самостоятельную проработку,
- изучении теоретического материала к практическим занятиям,
- подготовке к зачету.
6.1.1. Темы, выносимые на самостоятельную проработку:
– энерговыделение в различных режимах,
– изменение температуры в переходных процессах,
– численные методы расчета нестационарных и многомерных уравнений теплопроводности, описывающих распределение температуры в элементах конструкции активной зоны,
– кризис теплообмена в нестационарных условиях.
– процессы теплопроводности при плавлении и затвердевании.
– теплообмен в околокритической области параметров состояния.
– перенос тепла в газах при высоких скоростях.
– процессы диффузии. Массоперенос в контурах.
– взаимодействие расплава топлива с теплоносителем. Паровой взрыв.
– теплообмен в реакторах с охлаждением жидкими металлами при нестандартных ситуациях.
– охлаждение расплавленного кориума и корпуса реактора.
– конденсационные гидроудары.
– тепловые удары и периодические колебания температуры.
– численные методы исследования термонапряженного состояния элементов конструкции активной зоны.
– численные методы расчета вероятности разрушения стержневых конструкционных элементов активной зоны.
– оптимизация процесса нагрева и охлаждения элементов конструкции активной зоны с учетом релаксации механических напряжений.
– оптимизация тепловых процессов в многослойных конструкциях (оптимальное распределение топлива в сферическом тепловыделяющем элементе).
– деформационная реакция конструкционных материалов активной зоны при повышенных температурах.
6.2 Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа
(ТСР) направлена на развитие интеллектуальных умений, комплекса универсальных (общекультурных) и профессиональных компетенций, повышение творческого потенциала бакалавров и заключается в:
- поиске, анализе, структурировании и презентации информации, анализе научных публикаций по определенной теме исследований,
- анализе статистических и фактических материалов по заданной теме, проведении расчетов, составлении схем и моделей на основе статистических материалов,
- выполнении рефератов.
Темы рефератов:
– опыт эксплуатации шаровых тепловыделяющих элементов,
– система аварийного охлаждения тяжеловодного реактора CANDU,
– система охлаждения реактора PWR,
– температурные коэффициенты реактивности теплоносителей,
– тепловыделение и теплоотвод в высокотемпературных газографитовых реакторах,
– тепловые аспекты безопасности в системах переработки и хранения отработавшего топлива,
– парогенераторы газоохлаждаемых реакторов,
– методы экспериментального определения тепловыделения в активной зоне,
– паровые взрывы: взаимодействие топлива с теплоносителем,
– тепловыделение и теплоотвод в импульсных самогасящихся ядерных реакторах,
– тепловые схемы судовых ЯЭУ,
– тепловые схемы бортовых ЯЭУ космических аппаратов,
– образование пограничного слоя в технологических каналах и его влияние на отвод тепла из активной зоны,
– вибрация конструкционных элементов активной зоны, связь ее интенсивности с режимом течения теплоносителя,
– мобильные малогабаритные ЯЭУ: схемы отвода и использования тепла.
7. Средства текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины (фонд оценочных средств)
Оценка успеваемости бакалавров осуществляется по результатам:
– выполнения контрольных работ,
– взаимного рецензирования бакалавров работ друг друга,
– анализа подготовленных бакалаврами рефератов,
– устного опроса при сдаче выполненных индивидуальных заданий, защите контрольных работ и во время зачета в шестом семестре (для выявления знания и понимания теоретического материала дисциплины).
7.1. Требования к содержанию зачетных вопросов
Зачетные билеты включают два типа заданий:
1. Два теоретических вопроса.
2. Расчетная задача.
7.2. Примеры экзаменационных вопросов
1. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Расчет распределения температуры в цилиндрическом ТВЭЛе.
2. Распределение тепловыделения по объему активной зоны.
3. Определить температуру центра топливной таблетки, если она выполнена из UO2 диаметром 10 мм, линейная плотность тепловыделения ql = 45 кВт/м, температура на поверхности топливной таблетки tс = 600 °С?
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение модуля (дисциплины)
Основная литература
– , Богословская в ядерных энергетических установках: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 2000. 456 с.
– Теплообмен в ядерных энергетических установках: учебное пособие / , , . М. : Изд-во МЭИ, 2003. 548 с.
– , Шаманин гидродинамики и теплообмена в ядерных реакторах: Учебное пособие. Томск: ТГУ, 2007. 118 с.
– , Харитонов преобразование энергии и термоядерные энергетические установки: учебное пособие / Под ред. . М.: Атомиздат, 1980. 216 с.
– , , Ковалев в ядерных энергетических установках: Учебное пособие / Под ред. . М.: Энергоатомиздат, 1986. 472 с.
– , , Шаманин -физический и теплогидравлический расчет реактора на тепловых нейтронах. Часть 2. Томск: Изд-во ТПУ, 1997. 75 с.
– , Шаманин -физический и теплогидравлический расчет реактора на тепловых нейтронах: учебное пособие /Под ред. . Томск : Изд-во ТПУ, 1996. 80 с.
– , , Шаманин нестационарных и переходных нейтронно-физических процессов в реакторе на тепловых нейтронах: учебное пособие. Томск: Изд-во ТПУ, 1998. 126 с.
– Дементьев энергетические реакторы: Учебник. М.: Энергоатомиздат, 1984. 280 с.
– , , Сукомел . – М.: Энергия, 1969. – 440 с.
– Тепловыделение в ядерном реакторе / , , -Степной, / Под ред. -Степного. М.: Энергоатомиздат, 1985. 160 с.
– Пономарев-, Глушков ядерного реактора. М.: Энергоатомиздат, 1988. 240 с.
– , Шевелев расчеты ядерных реакторов. М.: Энергоатомиздат, 1984. 736 с.
– Владимиров задачи по эксплуатации ядерных реакторов. М.: Энергоатомиздат, 1986. 303 с.
– , , Михайлов поля и термонапряжения в ядерных реакторах. М.: Энергоатомиздат, 19 с.
– Гидродинамика и теплообмен в атомных энергетических установках: Основы расчета / Под ред. . М. : Атомиздат, 1975. 406 с.
– Вопросы теплопередачи в ядерной технике. М.: Госатомиздат, 1961. 314 с.
– Дементьев и регулирование ядерных реакторов. М.: Энергоатомиздат, 1986. 272 с.
– , , Селиверстов и безопасность ядерных энергетических реакторов. М.: Атомиздат, 1975. 280 с.
Вспомогательная литература
– Кентан Дж., Справочник по ядерной энергетике. М.: Энергоатомиздат, 1989. 762 с.
– , , Грибанов ядерных реакторов с жидкометаллическим охлаждением. М.: Атомиздат, 1971. 312 с.
– Зарубин методы решения задач теплопроводности. М.: Энергоатомиздат, 1983. 326 с.
– , , Чудов моделирование процессов тепло - и массопереноса. М.: Наука, 1984. 286 с.
– Динамика ядерных реакторов / , , и др.; Под ред. . М.: Энергоатомиздат, 1990. 517 с.
– Горяченко исследования устойчивости ядерных реакторов. М.: Атомиздат, 1977. 364 с.
– Харрер Дж. Техника регулирования ядерных реакторов. М.: Атомиздат, 1967. 492 с.
– Сидоренко безопасности работы реакторов ВВЭР. М.: Атомиздат, 1977. 216 с.
9. Материально-техническое обеспечение модуля (дисциплины)
При изучении основных разделов дисциплины, выполнении практических работ бакалавры используют компьютерный класс Физико-технического института, применяя навыки компьютерной обработки экспериментальных результатов.
* приложение – Рейтинг-план освоения модуля (дисциплины) в течение семестра.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС-2010 по направлению и профилю подготовки «Ядерная физика и технологии», профиль «Ядерные реакторы и энергетические установки».
Авторы:
Программа одобрена на заседании кафедры ФЭУ ФТИ
(протокол № ____ от «___» _______ 2011 г.).
