Тепломассоперенос (стр. 3 )

Планирование самостоятельной работы студентов

№	Модули и темы	Виды СРС	Неделя семестра	Объем часов	Кол-во баллов
обязательные	дополнительные
Модуль 1
1.1	Основные уравнения тео­рии тепло­массо­переноса.	1.Работа с учеб­ной литературой. 2.Выполнение до­машних заданий. 3.Проработка лек­ций. 4.Под­готовка ответов на конт­рольные вопросы.	Доклад-презентация	1-3	4	0-8
1.2.	Стационар­ные задачи тео­рии тепло­про­вод­ности.	-"-"-	-"-"-	1-3	4	0-6
1.3.	Ста­цио­нар­ный метод из­ме­рения коэф­фи­ци­ента теп­ло­про­вод­нос­ти.	-"-"-	-"-"-	1-3	4	0-6
	Всего по модулю 1:	1-3	12	0-20
Модуль 2
2.1	Нестацио­нар­ные задачи теории тепло­про­водности.	-"-"-	-"-"-	4-11	12	0-20
2.2	Задачи с фа­зовыми пе­ре­хо­дами про­мер­за­ния и про­таи­ва­ния.	-"-"-	-"-"-	4-11	8	0-8
2.3.	Теплообмен излучением.	-"-"-	-"-"-	4-11	12	0-12
	Всего по модулю 2:	4-11	32	0-40
Модуль 3
3.1.	Безразмер­ные параметры тепломассооб­мена.	-"-"-	-"-"-	12-18	6	0-10
3.2.	Конвектив­ный тепло­об­мен.	-"-"-	-"-"-	12-18	16	0-20
3.3.	Тепломассо­обмен при ис­па­ре­нии, кипении и конденсации.	-"-"-	-"-"-	12-18	6	0-10
	Всего по модулю 3: 12-18	28	0-40
	ИТОГО:	72	0-100

Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обес­пе­чи­ва­е­мы­ми (последующими) дисциплинами

№ п/п

Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин

Темы дисциплины, необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин

1.1.

1.2.

1.3.

2.1.

2.2.

2.3.

3.1.

3.2.

3.3.

1.

«Тепломассообмен в тон­копленочных структурах»

+

+

+

+

+

+

+

+

+

2.

«Термодинамические свойства наноматериалов»

+

+

+

+

+

+

+

+

+

3.

"Физико-химические осно­вы процессов микро - и на­нотехнологий"

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Содержание дисциплины.

Модуль 1.

1.1. Основные уравнения тео­рии тепло­массо­переноса. Основные по­ня­тия и об­щие за­ко­но­мер­нос­ти процессов тепломас­сопереноса. Виды теп­ло­мас­со­пе­реноса. Ста­ци­о­нарные и не­ста­ционарные температурные поля. Закон Фурье. Ко­эффициенты тепло - и температуропроводности. Уравнение теп­ло­­про­вод­нос­ти. Класси­фи­ка­ция гра­нич­ных условий. Одномерное уравнение теп­ло­про­вод­нос­ти для тонкого стержня или трубы с кон­век­тив­ным переносом тепла и с теп­ло­обменом на бо­ко­вой поверхности. Закон Фика и уравнение диф­фузии. Закон Дарси и урав­нение филь­т­рации.

1.2. Стационар­ные задачи тео­рии тепло­про­вод­ности. Стацио­нар­ные тем­­пе­ра­тур­ные поля в пластине, в цилиндрической и сфе­ри­ческой об­лас­тях, в плос­кой и цилиндрической стенках при раз­лич­ных граничных условиях. Ста­ци­о­нар­ное од­но­мерное температурное поле с объемными ис­точ­никами тепла. Задача о притоке жидкости к скважине.

1.3. Ста­цио­нар­ный метод из­ме­рения коэф­фи­ци­ента теп­ло­про­вод­нос­ти. Классификация методов измерения теплофизических параметров. Ла­бо­ра­тор­ная работа №1.

Модуль 2.

2.1. Нестацио­нар­ные задачи теории тепло­про­водности. Методы ре­ше­ния не­ста­­­ци­о­нар­ных задач. Метод разделения переменных. Опе­ра­тор­ный (опе­ра­­ци­он­ный) метод. Фундаментальное решение урав­нения тепло­про­вод­ности и его фи­зи­ческий смысл. Ис­поль­зование функций Грина для решения не­ста­ци­о­нар­­ных задач теории теплопроводности. Тем­­пературное поле неподвижного не­пре­­рыв­но­го источника. Функция ошибок Га­ус­са. Тем­пе­ра­турное поле дви­жу­ще­гося не­пре­­рыв­но­го источника. Нестационарное одномерное тем­пе­ра­турное по­ле в нео­граниченной, по­­лу­­огра­ни­чен­ной и ог­ра­ни­ченной среде. Тем­пе­ра­тур­ное поле линейного не­под­виж­ного источ­ни­ка. Интегральная по­ка­за­­тель­ная функ­ция. На­грев и охлаждение плоской пластины (плоской стенки), сплош­ного и полого ци­линд­ров (цилиндрической стенки), шара при раз­лич­ных граничных усло­виях. Примеры. Тем­пературные волны. Лабораторная работа №2.

2.2. Задачи с фа­зовыми пе­ре­хо­дами про­мер­за­ния и про­таи­ва­ния. Об­щая постановка за­да­чи. Условие Сте­фана. Задача о промерзании влажного грун­та (классическая за­да­ча Стефана). Приближенные методы ре­ше­ния задачи Сте­фана. Метод Лей­бен­зона. Задача о про­мер­зании тру­бо­про­во­да. За­да­чи про­мер­зания-протаивания во влаж­ных грун­тах с учетом неполного за­мер­за­ния во­ды.

2.3. Теплообмен излучением. Основные закономерности лучистого теп­ло­обмена (за­коны Сте­фа­на-Больцмана и Кирхгофа; коэффициенты по­гло­ще­ния, от­ра­же­ния и про­пус­ка­ния; сте­пень черноты). Классические за­да­чи теп­ло­обмена из­­лу­че­ни­ем (теплообмен между дву­мя плос­ки­ми параллельными плас­тинами; теп­­ло­обмен между двумя по­­верх­нос­тя­ми тел в замкнутом прост­ран­стве). При­ме­ры. Осо­­бен­нос­ти из­лу­чения и погло­ще­ния в газах. Лабораторная работа №3.

Модуль 3.

3.1. Безразмер­ные параметры тепломассооб­мена. Теория подобия. Чис­ла Фу­рье, Пекле, Нус­сельта, Био, Рейнольдса, Прандтля, Грасгофа, Рэлея, Фруда, Стру­­хала, Якоба, Стефана и их фи­зи­ческий смысл.

3.2. Конвектив­ный тепло­об­мен. Особенности конвективного тепло­об­ме­на и фак­­торы, вли­я­ю­щие на его интенсивность (вид конвекции: свободная или вы­нуж­­денная; режим течения: ла­ми­нар­ный или тур­бу­лентный; физические свой­­ст­­ва жидкости или газа; форма и состояние по­верх­­нос­ти). Система урав­не­ний, ус­ловия за­мы­ка­ния, аналогия Рейнольдса. Критериальные урав­не­ния кон­век­­тив­но­го теплообмена. Теория пограничного слоя. Основные урав­нения ди­на­­ми­чес­ко­го и теплового погра­нич­ных слоев. Теплообмен и трение при об­те­ка­нии плос­кой пластины. Теп­ло­об­мен и трение при градиентных течениях. Опи­са­ние сво­­бодной конвекции. Теплообмен при свободной кон­векции. Теплообмен при те­чении в трубах и каналах. Влияние переменности свойств на теп­лообмен. Ме­­то­ды интен­си­фи­ка­ции теплообмена (оребрение поверхностей и др.). Задачи кон­­век­тивного теплообмена. Примеры. Лабораторные работы №№4-6.

3.3. Тепломассо­обмен при ис­па­ре­нии, кипении и конденсации. Задачи тепло - и массообмена в двухфазных средах. Испарение, кипение, конденсация. Фи­зи­чес­кие про­цессы, про­ис­хо­дящие при испарении. Скорость ис­па­ре­ния. Тем­пе­ра­тура по­верхности при испарении. Испарение во­ды. Влажный воздух. Скорость суш­ки. Ис­па­ре­ние нефтепродуктов. Осо­бен­нос­ти тепломассообмена при кипении. Пузырьковое и пле­ноч­ное кипение. Фи­зи­ческие процессы и тепломассообмен, происходящие при конденсации. Критериальные уравнения массо­об­ме­на.

Планы семинарских занятий.

1.Стационарное температурное поле и тепловой поток через плоскую стену при граничных условиях 1-го, 2-го и 3-го рода. Расчетные задачи на определение стационарного теплового потока через плоскую стену.

2.Стационарное температурное поле и тепловой поток в задачах с ци­линд­ри­чес­кой сим­мет­ри­ей при граничных условиях 1-го и 2-го рода. Расчетные задачи на определение ста­ци­о­нар­но­го теплового потока в объектах с ци­линд­ри­чес­кой симметрией.

3.Стационарное температурное поле и тепловой поток в задачах со сферической симметрией в ог­раниченной и неограниченной среде при граничных условиях 1-го и 2-го рода. Расчетные за­дачи на определение стационарного теплового потока в объектах со сферической сим­мет­ри­ей.

4.Стационарное температурное поле в проводнике с электрическим током.

5. Стационарная задача о притоке жидкости к сква­жине.

6. Расчетные задачи теплообмена при свободной конвекции в неограниченном объеме.

7. Расчетные задачи теплообмена при свободной конвекции в ограниченном пространстве.

8. Расчетные задачи лучистого теплообмена.

9. Нестационарное температурное поле точечного источника тепла.

10.Одномерные нестационарные температурные поля.

11. Задача о промерзании и протаивании грунта (классическое решение).

12.Задача о промерзании трубопровода (квазистационарное решение).

13. Тепломассообмен при испаре­нии, кипении и конденсации.

14. Критериальные уравнения тепломассообмена при испаре­нии, кипении и конденсации.

Лабораторный практикум.

Лабораторная работа №1. Измерение коэффициента теплопроводности твер­дых материалов стационарным методом.

Лабораторная работа №2. Измерение коэффициентов тепло - и темпе­ра­ту­ро­про­водности твердых материалов методом температурных волн.

Лабораторная работа №3. Определение коэффициента излучения электро­про­во­дящих материалов калориметрическим методом.

Лабораторная работа №4. Исследование теплоотдачи при естественной кон­векции около горизонтального цилиндра.

Лабораторная работа №5 Исследование теплоотдачи при естественной кон­век­ции около вертикального цилиндра.

Лабораторная работа №6 Исследование теплоотдачи при вынужденном дви­же­нии воздуха в трубе.

Примерные вопросы к экзамену.

1.Температурное поле. Градиент температуры. Основной закон теплопро­вод­ности (за­кон Фурье).

2.Уравнение теплопроводности в неподвижной среде.

3.Уравнение теплопроводности в движущейся среде.

4.Начальные и граничные условия для уравнения тепло­про­вод­ности; класси­фи­кация гра­нич­ных условий.

5.Одномерное уравнение теплопроводности для тонкого стержня или трубы с кон­век­тив­ным переносом тепла и с теплообменом на боковой поверхности.

6.Безразмерные параметры тепломассопереноса. Числа Фурье, Пекле, Нуссельта, Рей­нольдса, Пранд­тля, Грасгофа и Рэлея.

7.Конвективный теплообмен; факторы, влияющие на его ин­тен­сив­ность. Теплообмен при сво­бод­ной и вынужденной конвекции.

8.Основные закономерности лучистого теплообмена. Особенности излучения и поглощения в газах.

9. Классические задачи стационарного теплообмена излучением: теплообмен меж­ду двумя пло­с­кими параллельными пла­с­ти­нами; теплообмен излучением между двумя по­верх­нос­тями тел в зам­к­нутом про­ст­ран­ст­ве

10. Закон Фика и уравнение диффузии в неподвижной и в движущейся среде.

11. Пористая среда и ее свойства. Закон Дарси.

12. Уравнение фильтрации жидкости в пористой среде (уравнение пьезопроводности).

13.Стационарное температурное поле и тепловой поток в плоской пластине (гра­нич­ные ус­ло­вия 1-го, 2-го и 3-го рода).

14.Стационарное температурное поле и тепловой поток через многослойную плоскую стен­ку.

15.Стационарное температурное поле в цилиндрической об­лас­ти (граничные условия 1-го и 2-го рода). Стационарный тепловой поток через многослойную цилиндрическую стенку.

16.Стационарное температурное поле сферического источника тепла в ограниченной и в неограниченной среде (граничные условия 1-го и 2-го рода).

17.Стационарная одномерная осесимметричная задача фильт­ра­ции (задача о притоке жидкости к скважине).

18.Стационарное температурное поле в проводнике с электри­чес­ким током.

19.Фундаментальное решение уравнения теплопроводности; его физический смысл.

20.Температурное поле непрерывного неподвижного точечного источника в неограниченной сре­де. Функция ошибок Га­ус­са (функция erf(x)).

21.Температурное поле мгновенного плоского источника в неограниченной среде.

22.Температурное поле непрерывного плоского источника. Нагрев полуограниченной среды постоянным потоком тепла.

23. Нестационарное одномерное температурное поле в полуограниченной сре­де с за­дан­ной постоянной температурой на поверхности.

24. Температурные волны в полуограниченной среде.

25. Задача о промерзании влажного грунта (классическая задача Сте­фа­на).

26.Ква­зи­ста­цио­нар­ный метод ­бен­зо­на для приближенного решения задач Стефана. За­да­ча о промерзании цилиндрической трубы.

27.Методы измерения теплофизических параметров. Классификация методов. Стационарные и нестационарные методы. Методы измерения теплоемкости.

28. Тепломассообмен при испаре­нии, кипении и конденсации.

29. Критериальные уравнения тепломассообмена при испаре­нии, кипении и конденсации.

Образовательные технологии.

В соответствии с требованиями ФГОС при реализации различных видов учебной работы в процессе изучения дисциплины "Тепломассоперенос" предусматривается использование в учебном процессе следующих форм проведения занятий:

-  лекции;

-  практические занятия (семинары);

-  лабораторные работы.

Основная литература.

1.  Теория тепломассообмена / Под ред. . - М.: Изд-во МГТУ, 1997.

2.  Лыков теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967.

3.  , Осипова ./Учебник для студентов энергетических вузов и факультетов. – М. –Л.:Энергия, 1965. – 419с.

4.  , и др. Теплотехника. – М.: Машиностроение, 1986.

5.  , Сукомел по теплопередаче. – М.: Энергия, 1975. – 280с.

Дополнительная

1.  Нигматулин многофазных сред. Ч. I.- М.: Наука, 1987. – 464с.

2.  , Леонтьев и трение в турбулентном пограничном слое. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 320с.

3.  Лыков (Справочник). - М.: Энергия, 1971.

4.  , Сукомел по теплопередаче. – М.: Энергия, 1975. – 280с.

5.  , и др. Теплотехника. – М.: Высшая школа, - 2000.

6.  Кутателадзе теории теплообмена. – Новосибирск: Наука. Сибирское отделение, 1970.

7.  Кислицын теплофизики. - Тюмень, изд-во ТюмГУ, 2002.

Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины.

Лекционная аудитория с мультимедийным оборудованием.

Учебная лаборатория теплофизики с лабораторным обору­до­ванием.

Дополнения и изменения к рабочей программе на 201 / 201 учебный год

В рабочую программу вносятся следующие изменения:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры Микро- и нанотехнологий « »_______________201 г.

Заведующий кафедрой ___________________/___________________/

О.