ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
СОГЛАСОВАНО УТВЕРЖДАЮ
Руководитель работ по направлению Проректор по учебной работе
подготовки бакалавров 131000 профессор
профессор .
______________________ _____________________
“___” “ “ 2012 г. “___” “ “ 2012 г.
Рабочая программа дисциплины (модуля)
Термодинамика и теплопередача
Направления подготовки
131000 “Нефтегазовое дело”
Профиль(и) подготовки:
“Бурение нефтяных и газовых скважин”;
“Эксплуатация и обслуживание объектов добычи нефти”;
“Эксплуатация и обслуживание объектов добычи газа, газоконденсата и подземных хранилищ”;
“Сооружение и ремонт объектов систем трубопроводного транспорта”;
“Эксплуатация и обслуживание объектов транспорта и хранения нефти, газа и продуктов переработки”.
Квалификация (степень) выпускника бакалавр
Форма обучения очная
Санкт-Петербург
2012
1. Цели освоения дисциплины
Целью изучения дисциплины “Термодинамика и теплопередача” является освоение студентами основных законов и расчетных соотношений термодинамики и теплопередачи, принцип действия и протекание рабочих процессов тепловых двигателей, теплосиловых установок, холодильных машин и парогенераторных установок, а также приобретение навыков использования основных методов термодинамических и теплотехнических расчетов.
Изучение дисциплины позволит овладеть необходимыми знаниями и умениями применять их для освоения последующих специальных дисциплин.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Термодинамика и теплопередача» относится к базовой (общепрофессиональной) части профессионального цикла программы по подготовке выпускника с квалификацией (степенью) бакалавр. Для успешного усвоения курса студент-бакалавр предварительно должен хорошо освоить следующие курсы Университета: “Физика”, “Математика”, “Химия”, “Математические методы анализа процессов”, “Гидравлика и нефтегазовая гидромеханика”.
3. Требования к результатам освоения дисциплины
Выпускник по направлению подготовки «Нефтегазовое дело» с квалификацией (степенью) «бакалавр» должен обладать следующими компетенциями:
а) общекультурными (ОК)
способность:
- обобщать, анализировать, воспринимать информацию, ставить цели и выбирать пути ее достижения (ОК–1);
- быть готовым к кооперации с коллегами, работе в коллективе (ОК-4);
- проявлять инициативу, находить организационно-управленческие решения и нести за них ответственность (ОК-6);
- понимать и анализировать экономические проблемы и процессы, быть активным субъектом экономической деятельности (ОК-15);
б) профессиональными (ПК):
- общепрофессиональные
способность:
- самостоятельно приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии (ПК-1);
- использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-2);
- владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, работать с компьютером как средством управления информацией (ПК-4);
- производственно-технологическая деятельность (ПТД)
способность:
- применять процессный подход в практической деятельности, сочетать теорию и практику (ПК-6);
- оценивать риски и определять меры по обеспечению безопасности технологических процессов в нефтегазовом производстве (ПК-9);
- применять в практической деятельности принципы рационального использования природных ресурсов и защиты окружающей среды (ПК-10);
- экспериментально-исследовательская деятельность (ЭИД)
способность:
- планировать и проводить необходимые эксперименты, обрабатывать, в т. ч. с использованием прикладных программных продуктов, интерпретировать результаты и делать выводы (ПК-18);
- использовать физико-математический аппарат для решения расчетно-аналитических задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности (ПК-19);
- выбирать и применять соответствующие методы моделирования физических, химических и технологических процессов (ПК-20);
- проектная деятельность (ПД)
способность:
- осуществлять сбор данных для выполнения работ по проектированию бурения скважин, добычи нефти и газа, промысловому контролю и регулированию извлечения углеводородов на суше и на море, трубопроводному транспорту нефти и газа, подземному хранению газа, хранению и сбыту нефти, нефтепродуктов и сжиженных газов (ПК-21);
- использовать стандартные программные средства при проектировании (ПК-23);
- составлять в соответствии с установленными требованиями типовые проектные, технологические и рабочие документы (ПК-24).
В результате изучения дисциплины студент должен:
- знать основные законы и расчетные соотношения термодинамики и теплопередачи, назначение, составы и свойства рабочих тел тепловых двигателей и холодильных машин, основы определения термодинамических и теплофизических свойств газов и жидкостей, принципы работы теплоэнергетических и теплообменных установок, особенности тепловых процессов трубопроводов и энерготехнологического оборудования;
- уметь рассчитывать и анализировать термодинамические процессы, рассчитывать и анализировать температурные режимы систем и оборудования добычи, транспорта, хранения и переработки углеводородов, использовать полученные теоретические знания при освоении специальных дисциплин нефтегазового направления;
- владеть - навыками работы с основными российскими и зарубежными приборами для определения термодинамических и теплофизических свойств газов и жидкостей, методиками составления энергетических и тепловых балансов процессов в нефтегазовой отрасли, методами расчета тепловых режимов систем и оборудования, способами прогнозирования теплового режима работы скважин и газонефтепроводов.
4. Объем дисциплины и виды учебной нагрузки
Общая трудоемкость дисциплины составляет 108 часов, 3 зачетные единицы.
Вид учебной работы | Всего часов | Семестр | |||
5 | 6 | 7 | 8 | ||
Аудиторные занятия (всего) | 108 |
|
|
| 108 |
В том числе: | - | - | - | - | - |
Лекции | 22 | 22 | |||
Практические занятия (ПЗ) | 11 | 11 | |||
Семинары (С) | |||||
Лабораторные работы (ЛР) | |||||
Самостоятельная работа (всего) | 75 |
|
|
| 75 |
В том числе: | - | - | - | - | - |
Курсовой проект (работа) | |||||
Расчетно-графические работы | 20 | 20 | |||
Подготовка к ПЗ | 10 | 10 | |||
Реферат | 10 | 10 | |||
Другие виды самостоятельной работы | 35 | 35 | |||
|
| ||||
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен) |
|
|
| зачет | |
Общая трудоемкость, час зач. ед. | 108 | 108 | |||
3 | 3 |
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№ п. п. | Наименование раздела дисциплины | Содержание раздела дисциплины |
1. | Техническая термодинамика | Предмет и задачи дисциплины. Рабочее тело и его параметры. Термодинамическая система. Параметры состояния рабочего тела. Тепловые свойства рабочих тел. Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа. Уравнение Менделеева-Клапейрона. Законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля. Универсальная газовая постоянная. Смеси газов. Теплоемкость газов. Уравнение Майера. Газовая постоянная. |
2. | Термодинамические процессы | Равновесное и неравновесное состояние системы, обратимые и необратимые процессы, цикличные процессы. Рабочие процессы идеальных газов. Политропные процессы. Показатель политропы. Изопроцессы. |
3. | Первый закон термодинамики | Сущность первого закона термодинамики. Слагаемые первого закона термодинамики: теплота, работа, внутренняя энергия, энтальпия. Эквивалентность теплоты и работы. Первый закон термодинамики для изопроцессов. |
4. | Процессы парообразования | Кипение и испарение. График процесса парообразования. Критическая точка процесса парообразования. Разновидности пара. Степень сухости пара. Условия непрерывной работы котельных установок. |
5. | Второй закон термодинамики | Сущность второго закона термодинамики. Циклы прямые и обратные. Термический КПД – как характеристика экономичности идеального цикла. Цикл Карно. Цикл Ренкина. Цикл Брайтона. Циклы ДВС. Изображение процессов в TS-координатах. Сравнение циклов по основным параметрам и термическому КПД. |
6 | Теплопроводность. Теплопередача | Способы распространения теплоты: теплопроводность, излучение, конвекция. Их сравнительный анализ. Тепловой поток, температурное поле, температурный градиент. Тепловой баланс. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Условия однозначности: геометрические, теплофизические, краевые. Граничные условия. Теплопередача через плоскую и цилиндрическую стенки. Тепловая изоляция. Критический диаметр тепловой изоляции. |
7. | Конвективный теплообмен | Свободная и вынужденная конвекция. Режимы движения жидкости. Тепловой и гидродинамический пограничные слои. Уравнение Ньютона-Рихмана. Критериальные числа подобия. Теплоотдача при движении жидкости в трубах. Теплоотдача при свободном движении теплоносителя. |
8. | Радиационный и сложный теплообмен. | Основные понятия и определения. Физическая сущность лучистого теплообмена, виды потоков излучения. Основные законы излучения. Абсолютно черное, абсолютно белое, абсолютно прозрачное тело. Постоянная Стефана-Больцмана. Экраны. |
5.2. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
Поскольку дисциплина “Термодинамика и теплопередача” изучается в 8-м семестре и является частью профессионального цикла, то связи между дисциплиной и обеспечивающими (последующими) дисциплинами отсутствуют.
5.3. Разделы дисциплины и виды занятий
№ п. п. | Наименование раздела дисциплины | Лекции | Практич. занятия | Самост. работа | Всего часов |
1. | Техническая термодинамика | 2 | 1 | 5 | 8 |
2. | Термодинамические процессы | 4 | 2 | 8 | 14 |
3. | Первый закон термодинамики | 2 | 2 | 6 | 10 |
4. | Процессы парообразования | 2 | 1 | 2 | 5 |
5. | Второй закон термодинамики | 4 | 2 | 28 | 34 |
6. | Теплопроводность. Теплопередача | 4 | 1 | 10 | 15 |
7. | Конвективный теплообмен | 2 | 1 | 8 | 11 |
8. | Радиационный и сложный теплообмен. | 2 | 1 | 8 | 11 |
6. Лабораторный практикум
Не предусмотрено.
7. Практические занятия (семинары)
№ п. п. | № раздела дисциплины | Наименование практических занятий | Трудоемкость, час. |
1. | 1 | Решение задач с применением уравнения Менделеева-Клапейрона | 1 |
2. | 2 | Расчет рабочих процессов идеальных газов | 2 |
3. | 3 | Расчет параметров, входящих в Первый закон термодинамики | 2 |
4. | 4 | Построение диаграммы процессов парообразования | 1 |
5. | 5 | Расчет циклов ДВС и ГТУ | 2 |
6. | 6 | Определение коэффициентов теплопроводности материалов | 1 |
7. | 7 | Определение параметров конвективного теплообмена | 1 |
8. | 8 | Определение параметров лучистого теплообмена | 1 |
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ)
Не предусмотрено.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) основная литература:
1. Техническая термодинамика и теплопередача. Курс лекций – М.: Маршрут, 2005.
2. Молекулярная физика и термодинамика. Учебное пособие. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2008.
3. Курс лекций по теплотехнике. – М., 2005.
4. , , Теплотехника. Учебное пособие. – М., 2005.
б) вспомогательная литература:
1. , Термодинамика и теплопередача. Учебное пособие для вузов. – С-Пб: СПГГИ (ТУ), 2008.
2. , , Основы энергосбережения в вопросах теплообмена. – М.: Машиностроение, 2005.
3. , Тепломассообмен. Учебное пособие для вузов. – М., 2005.
Для решения разнообразных инженерных задач предполагается использование компьютерного класса кафедры Транспорта и хранения нефти и газа СПГГИ (ТУ), в котором установлены современные компьютерные программы такие как ANSYS, CorelDrow, MathCad и другие.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
В указанном выше компьютерном классе кафедры ТХНГ планируется проведение практических занятий, что позволит студентам на практике проверять предлагаемые ими теоретические инженерные решения той или иной задачи. Оснащение класса выходом в Internet существенно упростит студентам получение необходимой при изучении дисциплины информации, в частности, существенно упрощается пользование справочной, нормативной и учебной литературой, в том числе и литературой из читального зала Главной библиотеки СПГГИ (ТУ).
Для более полного освоения студентами излагаемого материала предусматривается использование лекционной аудитории с установленным в ней современным мультимедийным оборудованием.
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины
На лекциях при изложении материала дисциплины необходимо использовать плакаты, презентации, технологические схемы, рекламные проспекты отечественных и зарубежных фирм - участников международных выставок. Особое внимание нужно обратить на использование интерактивных форм обучения, особенно при пояснении сути тепловых процессов, а также при изучении устройства и принципа действия используемого в тепловых системах оборудования.
В качестве форм контроля текущей успеваемости студентов предполагается использование таких форм, как выполнение расчетно-графического задания по расчету циклов и написание реферата на заданную преподавателем тему.
Итоговой формой аттестации студентов является экзамен в тестовой форме, при этом некоторая часть вопросов по дисциплине “Термодинамика и теплопередача” может быть изначально предложена студентам к самостоятельному изучению.
Разработал:
Доцент кафедры ТХНГ
Эксперты:
Профессор кафедры ТХНГ
Доцент кафедры ТХНГ
