Теплообменные аппараты и системы

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

«УТВЕРЖДАЮ»:

И. о. проректора-начальник

управления по научной работе

_______________________

__________ _____________ 2011 г.

ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ И СИСТЕМЫ

Учебно-методический комплекс.

Рабочая программа для аспирантов специальности

05.04.12 Турбомашины и комбинированные турбоустановки

(технические науки)

очная, заочная форма обучения

«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:

Автор (ы) работы ______________/ В/

______________//

______________/ /

«01» сентября 2011г.

Рассмотрено на заседании кафедры механики многофазных систем «03»сентября 2011 г., протокол

Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.

«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:

Объем 12 стр.

Зав. кафедрой ______________________________//

«______»___________ 2011 г.

Рассмотрено на заседании УМК ИМЕНИТ «___»______________2011 г., протокол № _____.

Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.

«СОГЛАСОВАНО»:

Председатель УМК ________________________//

«______»_____________2011г.

«СОГЛАСОВАНО»:

Нач. отдела аспирантуры

и докторантуры_____________

«______»_____________2011 г.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт математики, естественных наук и информационных технологий

Кафедра Механики многофазных систем

БАХМАТ Г. В.

ШАБАРОВ А. Б.

ШАСТУНОВА У. Ю.

ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ И СИСТЕМЫ

Учебно-методический комплекс.

Рабочая программа для аспирантов специальности

05.04.12 Турбомашины и комбинированные турбоустановки

(технические науки)

очная, заочная форма обучения

Тюменский государственный университет

2011

, , . Теплообменные аппараты и системы. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для аспирантов специальности 05.04.12. Турбомашины и комбинированные турбоустановки, очная и заочная форма обучения. Тюмень, 2011, 12 стр.

Рабочая программа составлена в соответствии с ФГТ к структуре основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура).

Рабочая программа дисциплины (модуля) опубликована на сайте ТюмГУ: Теплообменные аппараты и системы [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www. *****, свободный.

Рекомендовано к изданию кафедрой Механики многофазных систем. Утверждено проректором по учебной работе Тюменского государственного университета.

ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: заведующий кафедрой Механики многофазных систем, д. т.н., профессор

© Тюменский государственный университет, 2011.

© , , 2011.

1. Пояснительная записка

1.1.Цели и задачи дисциплины (модуля)

Цель дисциплины - ознакомить аспирантов с основными проблемами теплообменных аппаратов и систем в нефтегазовом комплексе, с теплофизическими процессами спецпроизводств и подготовить студентов к изучению спецкурсов, расчету проектов и выполнению индивидуального спецпрактикума, необходимого для написания кандидатской диссертации, а также подготовка аспирантов к теплофизическим исследованиям и совершенствованию тепловых процессов в нефтегазовых технологиях.

Задачи дисциплины являются:

·  изучение конструкций наиболее распространенных теплообменных аппаратов и систем охлаждения ГТ и КУ, методов их расчета и применения совместно с другими технологическими аппаратами и оборудованием;

·  изучение конструкций и методов расчета маслоагрегатов, воздухоохладителей, регенераторов, котельного оборудования;

·  изучение особенностей применения теплофизических уравнений в инженерной практике.

1.2.Место дисциплины в структуре ОПППО

Дисциплина «Теплообменные аппараты и системы» – это специальная дисциплина отрасли науки и специальности.

При изучении курса используются знания, полученные аспирантами при изучении в специалитете и магистратуре курсов: «Физика», «Математический анализ», «Теплофизика», «Термогазодинамика», «Холодильные машины и установки», «Тепломассообменные аппараты низкотемпературной установки», «Теория и расчет теплообменных аппаратов», «Проектирование и эксплуатация теплообменных аппаратов», «Техника и технологии добычи нефти и газа».

1.3.Компетенции выпускника аспирантуры, формируемые в результате освоения данной ОПППО.

В результате освоения основной образовательной программы аспирант должен обладать следующими компетенциями:

·  готовностью и способностью использовать фундаментальные законы природы и основные законы естественно-научных дисциплин в профессиональной деятельности;

·  способностью понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества, сознавать опасности и угрозы, возникающие в этом процессе, соблюдать основные требования безопасности, в том числе защиты государственной тайны;

·  способность вскрыть физическую, естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, провести их качественный и количественный анализ;

·  способность осуществлять научный поиск и разработку новых перспективных подходов и методов к решению профессиональных задач, готовность к профессиональному росту, к активному участию в научной и инновационной деятельности, конференциях, выставках и презентациях.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Знать:

1. Классификацию теплообменных аппаратов и систем охлаждения, их конструктивные особенности, особенности эксплуатации различных аппаратов.

2. Физико-математическое описание процессов в теплообменных аппаратах и системах охлаждения ГТУ, методики инженерного расчета аппаратов различного типа и назначения.

3. Классификацию, устройство и особенности применения систем охлаждения, котельных агрегатов, маслоагрегатов, регенераторов, воздухоохладителей.

4. Характеристики, состав и особенности применения наиболее распространенных видов органического топлива.

5. Методы расчета основных показателей ТА и систем.

Уметь:

1. Проводить расчет и анализ работы теплообменных аппаратов и систем, производить подбор необходимого типа аппарата для конкретной области применения и стыковку работы аппарата с другими звеньями технологической цепочки.

2. Анализировать режим работы аппаратов по объективным показателям и управлять этими режимами.

3. Производить подбор необходимого котельного оборудования и расчет основных параметров его работы.

Владеть:

1.  Методами анализа тепломассопереноса в технологическом процессе;

2.  Методами совершенствования оборудования;

3.  Методиками расчета процессов теплопередачи в промышленных аппаратах, и их совершенствовании.

Иметь представление:

1. О достоинствах и недостатках различных видов теплообменной аппаратуры.

2. О вкладе выдающихся ученых и научных коллективов в изучение и совершенствование конструкций и методов расчета промышленных теплопередающих и теплогенерирующих устройств.

2.  Структура и трудоемкость дисциплины.

Данная дисциплина читается в 1 семестре и содержит 108 часов: 24 часов лекций, 18 часов – практических занятий, 66 часов – самостоятельной работы. Форма промежуточной аттестации – контрольная работа, реферат, зачет.

3.  Тематический план.

Таблица 1.

Тематический план

№	Тема	недели семестра	Виды учебной работы и самостоятельная работа, в час.	Итого часов по теме	Из них в интерактивной форме	Форма контроля
Лекции*	Семинарские (практические) занятия*	Лабораторные занятия*	Самостоятельная работа*
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	Модуль 1 Общая характеристика теплообменных аппаратов.
1.	1. Классификация теплообменных аппаратов.	1,2	2	1		10	13	3	Беседа
2.	2. Устройство и конструкции теплообменных аппаратов.	3,4	1	1		10	12	3	Беседа,
	Всего за 1 модуль		3	2		20	25	6	коллоквиум
	Модуль 2 Основные расчеты теплообменных аппаратов.
1.	3. Тепловые расчеты теплообменных аппаратов типа «жидкость-жидкость». Маслоохладители ГТ и КУ.	5,6	3	4		10	17	5	Расчет
2.	4. Тепловые расчеты теплообменных аппаратов типа «жидкость-газ». Воздухоохладители КТ и КУ.	7,8,9	2	4		10	16	5	Расчет
3.	5. Тепловые расчеты теплообменных аппаратов типа «газ-газ». Регенераторы ГТ и КУ.	10,11	4	4		10	18	5	Расчет
	Всего за 2 модуль		9	12		30	51	15	коллоквиум
	Модуль 3 Системы охлаждения ГТ и КУ.
1.	6. Охлаждение высокотемпературных газовых турбин.	112-14	6	3		8	17	5	Расчет
2.	7. Охлаждение дисков и корпусов турбин.	15-18	6	3		8	17	5	Расчет
	Всего за 3 модуль		12	6		16	24	10	коллоквиум
	Итого за курс дисциплины (часов)		24	18		66	108	31	зачет

Таблица 3.

Планирование самостоятельной работы аспирантов

№	Модули и темы	Виды СРА	Неделя семестра	Объем часов
обязательные	дополнительные
Модуль 1 Общая характеристика теплообменных аппаратов.
1.1	1. Классификация теплообменных аппаратов.	1. Работа с учебной литературой. 2. Проработка лекций		1,2	10
1.2	2. Устройство и конструкции теплообменных аппаратов.	1. Работа с учебной литературой. 2. Проработка лекций	1. работа с дополнительной литературой	3,4	10
Всего по модулю 1:	20
Модуль 2
2.1	3. Тепловые расчеты теплообменных аппаратов типа «жидкость-жидкость». Маслоохладители ГТ и КУ.	1. Работа с учебной литературой. 2. Проработка лекций	1. работа с дополнительной литературой	5,6	10
2.2	4. Тепловые расчеты теплообменных аппаратов типа «жидкость-газ». Воздухоохладители КТ и КУ.	1. Работа с учебной литературой. 2. Проработка лекций	1. работа с дополнительной литературой; 2. подготовка к расчету	7,8,9	10
2.3	5. Тепловые расчеты теплообменных аппаратов типа «газ-газ». Регенераторы ГТ и КУ.	1. Работа с учебной литературой. 2. Проработка лекций	1. работа с дополнительной литературой; 2. подготовка к расчету	10,11	10
Всего по модулю 2:	30
Модуль 3
3.1	6. Охлаждение высокотемпературных газовых турбин.	1. Работа с учебной литературой. 2. Проработка лекций	1. работа с дополнительной литературой 2. подготовка к расчету	12-14	8
3.2	7. Охлаждение дисков и корпусов турбин.	1. Работа с учебной литературой. 2. Проработка лекций	1. работа с дополнительной литературой 2. подготовка к зачету	15-18	8
Всего по модулю 3:	16
Всего за семестр:	66

4.  Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

№ п/п	Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин	Темы дисциплины необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1	2	3	4	5	6	7	8
1.	Подготовка кандидатской диссертации	+	+	+	+	+	+	+	+

5.  Содержание дисциплины.

Модуль 1: Общая характеристика теплообменных аппаратов.

Тема 1. Классификация теплообменных аппаратов. ТА объемные и поверхностные, регенераторы и рекуператоры. Виды поверхностей ТА. Схемы течений теплоносителей. АВО.

Тема 2. Устройство и конструкции теплообменных аппаратов. Кожухотрубчатые теплообменные аппараты «труба в трубе», пластинчатые аппараты. Способы уменьшения термических напряжений в аппаратах различных конструкций.

Модуль 2: Основные расчеты теплообменных аппаратов.

Тема 3. Тепловые расчеты теплообменных аппаратов типа «жидкость-жидкость». Маслоохладители ГТ и КУ. Режимы течения жидких теплоносителей и их влияние на его теплообмен. Расчеты конструкторские и поверочные: методики и основные уравнения.

Тема 4. Тепловые расчеты теплообменных аппаратов типа «жидкость-газ». Воздухоохладители КТ и КУ. Режимы течения жидких и газообразных теплоносителей и их влияние на его теплообмен. Расчеты конструкторские и поверочные: методики и основные уравнения.

Тема 5. Тепловые расчеты теплообменных аппаратов типа «газ-газ». Регенераторы ГТ и КУ. Особенности расчета ТА «газ-газ». Методики расчета пластинчатых и трубчатых регенераторов.

Модуль 3: Системы охлаждения ГТ и КУ.

Тема 6. Охлаждение высокотемпературных газовых турбин. Системы охлаждения лопаток (конвективная, пористая и др.). Основы расчета систем охлаждения лопаток. Конструктивные особенности охлаждения лопаток.

Тема 7. Охлаждение дисков и корпусов турбин. Охлаждение и прочность дисков.

6.  Семинарские и лабораторные занятия

6.1.  Планы семинарских занятий.

Модуль 1: Общая характеристика теплообменных аппаратов.

Тема 1. Классификация теплообменных аппаратов. Теоретические основы расчета теплообменных аппаратов. Уравнение теплопередачи и теплового баланса. Классификация теплообменных аппаратов (1 час).

Тема 2. Устройство и конструкции теплообменных аппаратов.

Особенности теплообмена ребристых поверхностей. Характеристики ТА, области и особенности их применения в нефтяной и газовой промышленности (1 час)

Модуль 2: Основные расчета теплообменных аппаратов.

Тема 3. Тепловые расчеты теплообменных аппаратов типа «жидкость-жидкость». Маслоохладители ГТ и КУ.

Методика расчета ТА типа «жидкость-жидкость». Пример расчета маслоохладителя. (4 часа)

Тема 4. Тепловые расчеты теплообменных аппаратов типа «жидкость-газ». Воздухоохладители КТ и КУ.

Методика расчета ТА типа «жидкость-газ». Пример расчета воздухоохладителя. (4 часа)

Тема 5. Тепловые расчеты теплообменных аппаратов типа «газ-газ». Регенераторы ГТ и КУ.

Методика расчета ТА типа «газ-газ». Пример расчета регенераторов. (4 часа)

Модуль 3: Тепловые процессы в технологиях подготовки и транспорта углеводородов.

Тема 6. Охлаждение высокотемпературных газовых турбин. (3 часа)

Тема 7. Охлаждение дисков и корпусов турбин. (3 часа)

7.  Темы рефератов.

Темы рефератов формируются в зависимости от тем научного исследования аспирантов. Тема реферата может являться главой диссертации (расчет основных параметров, создание методики теплофизического расчета и др.). Объем реферата – 30-50 страниц. Реферат сдается на проверку преподавателю за 2 недели до окончании курса, после проверки защищается на зачетном занятии.

8.  Учебно - методическое обеспечение самостоятельной работы аспирантов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля).

8.1. Примерные задачи к практическим занятиям с ответами

1.  (4.1)Тонкая пластина длиной и шириной и обтекается продольным потоком воздуха (рис.1.1). Скорость и температура набегающего потока равны соответственно ; .

Определить пластины средний по длине коэффициент теплоотдачи и количество теплоты, отдаваемой пластиной воздуху.

Ответ: ; .

2.  (4.2)Вычислить для условий предыдущей задачи толщину гидродинамического пограничного слоя и значения местных коэффициентов теплоотдачи на различных расстояниях от передней кромки пластины ; ; и . Построить график зависимости толщины гидродинамического пограничного слоя и коэффициента теплоотдачи от относительного расстояния .

Ответ:

	0,1	0,2	0,5	1,0
	4,66	6,58	10,4	14,7
	7,73	5,65	3,45	2,44

3.  (4.5)Тонкая константановая лента сечением нагревается электрическим током силой . Электрическое сопротивление ленты . Лента обтекается продольным потоком воды. Скорость и температура набегающего потока и . Определить температуру ленты на расстоянии 25 и 200 мм от передней кромки.

Ответ: при ; при .

4.  (4.6)Плоская пластина длиной обтекается продольным потоком воздуха. Скорость и температура набегающего потока воздуха и . Перед пластиной установлена турбулизирующая решетка, вследствие чего движение в пограничном слое на всей длине пластины турбулентное. Вычислить среднее значение коэффициента теплоотдачи с поверхности пластины и значение местного коэффициента теплоотдачи на задней кромке. Вычислить также толщину гидродинамического пограничного слоя на задней кромке пластины.

Ответ: средний коэффициент теплоотдачи Значение местного коэффициента теплоотдачи ; толщина гидродинамического пограничного слоя, при

5.  (4.8)Плоская пластина обтекается продольным потоком воздуха. Скорость и температура набегающего потока равны соответственно и . Вычислить количество теплоты, отдаваемое воздуху, при условии, что температура поверхности пластины , длина , ширина

Ответ: .

6.  (4.9)Тонкая пластина длиной обтекается продольным потоком воздуха. Скорость и температура набегающего потока равны соответственно и . Определить среднее значение коэффициента теплоотдачи и плотность теплового потока на поверхности пластины при условии, что температура пластины . Расчет произвести в предположении, что всей длине пластины режим течения в пограничном слое турбулентный.

Ответ: ; q.

7.  (4.10)Вычислить среднее значение коэффициента теплоотдачи и количество теплоты, отдаваемой с поверхности пластины, омываемой продольным потоком воздуха. Скорость и температура набегающего потока равны соответственно и . Температура поверхности пластины . Длина пластины вдоль потока , а ее ширина . Расчет произвести в предположении, что на всей длине пластины пограничный слой является турбулентным.

Ответ: ; .

8.2.Примерные вопросы к зачету.

1.  Классификация теплообменных аппаратов.

2.  ТА объемные и поверхностные, регенераторы и рекуператоры. Виды поверхностей ТА.

3.  Схемы течений теплоносителей.

4.  АВО.

5.  Устройство и конструкции теплообменных аппаратов.

6.  Кожухотрубчатые теплообменные аппараты «труба в трубе», пластинчатые аппараты.

7.  Способы уменьшения термических напряжений в аппаратах различных конструкций.

8.  Тепловые расчеты теплообменных аппаратов типа «жидкость-жидкость».

9.  Маслоохладители ГТ и КУ.

10.  Режимы течения жидких теплоносителей и их влияние на его теплообмен.

11.  Расчеты конструкторские и поверочные: методики и основные уравнения.

12.  Тепловые расчеты теплообменных аппаратов типа «жидкость-газ». Воздухоохладители КТ и КУ.

13.  Режимы течения жидких и газообразных теплоносителей и их влияние на его теплообмен.

14.  Тепловые расчеты теплообменных аппаратов типа «газ-газ». Регенераторы ГТ и КУ.

15.  Особенности расчета ТА «газ-газ».

16.  Методики расчета пластинчатых и трубчатых регенераторов.

17.  Охлаждение дисков и корпусов турбин. Охлаждение и прочность дисков.

18.  Охлаждение высокотемпературных газовых турбин. Системы охлаждения лопаток (конвективная, пористая и др.).

19.  Основы расчета систем охлаждения лопаток. Конструктивные особенности охлаждения лопаток.

9.Образовательные технологии.

В соответствии с ФГТ к структуре основной профессиональной ОПППО при реализации различных видов учебной работы в процессе изучения дисциплины «Теплообменные аппараты и системы» предусматривается использование в учебном процессе следующих активных и интерактивных форм проведения занятий:

·  лекции;

·  практические занятия;

·  работа в малых группах.

10. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля).

10.1. Основная литература

1.  и др. Транспорт и хранение нефти и газа в примерах и задачах: Учебное пособие. / Под общ. редак. . – СПб: Недра, 2007.

2. Соколов установки и их эксплуатация. – М.: ACADEMIA, 2005.

3., Беев аппаратов воздушного охлаждения. – ТюмГНГУ, 2006.

4. , , Степанов воздушного охлаждения на компрессорных станциях. – Спб.: Недра, 1994.

5. , , Степанов при трубопроводном транспорте нефти и газа. – СПб.: Недра,1999.

10.2. Дополнительная литература

1. Крюков воздушного охлаждения. – М.: Химия, 1983.

2. Варгафтик по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. – М.: Наука, 1972.

3. , Судаков основных процессов и аппаратов. – М.: Химия, 1983.

4.  и др. Теплоснабжение на насосных станциях нефтепроводов. – М.: Недра, 1998.

Периодические издания:

1. Журнал «Прикладная механика и техническая физика» ( гг.).

2.Журнал «Известия высших учебных заведений: ежемесячный научный журнал: Физика» ( гг.)

3.Журнал «Инженерно-физический журнал» гг.

4. Журнал «Нефть России: аналитич. журн./ Учредитель ООО "Нефтяная компания "ЛУКОЙЛ"". - Москва: ООО "Ойл Пресс", 1гг.

10.3. Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:

1.  Электронная библиотека Попечительского совета механико-математического факультета Московского государственного университета http://lib. *****

2.  eLIBRARY – Научная электронная библиотека (Москва) http://*****/

Для работы на практических занятиях необходим пакет программ Maple 12 (или выше);

3. www. ***** – библиотека технической литературы «Нефть и газ»

4.http://spiedl. org/ - SPIE Digital Library Консорциум НЭИКОН предоставил ТюмГУ доступ на электронную библиотеку SPIE Digital Library	Открыт доступ к 7 журналам SPIE Digital Library на английском языке. Биюлиотека насчитывает 260 000 статей, охватывающих информационные технологии, защиту и промышленный контроль, микро и нанотехнологии, электронную обработку изображений и данных, оптику и электрооптику.
5. http://www. – открыт доступ к электронным ресурсам издательства Springer по программе консорциума МЦНТИ – ICSTI Resource Network	SpringerLink – уникальная по тематическому содержанию электронная коллекция научных и технологических журналов, книг, а также ссылок на научные работы. Доступ применим ко всем электронным книгам Springer ( с 2005 по н/в) и электронным журналам (с 1997 по н/в) в течении тестового периода по всем тематическим коллекциям
6.www. /prod/	Справочники по химии
7.http://thomson. /nano	Thomson Collexis Dashboard – система поиска информации по нанотехнологии. Предоставлена информация по 35508 публикациям и 82595 специалистам
8.www.	Справочники и книги
9.http://www. /htbin/dbrng. cgi? username=XXXX&access=XXXX	CSA Technology research databases – реферативные базы данных
10.http://www.	Questel Patent – базы данных, содержащие информацию об интеллектуальной собственности. Коллекция патентного фонда насчитывает свыше 50 миллионов документов из 80 стран и международных патентных ведомств

11.Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля).

Лекционная аудитория с мультимедийным оборудованием, лекционная аудитория для проведения практических занятий.