1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
1.1 Краткое содержание дисциплины
Спецкурс посвящен изложению основ теории тепломассообмена. Рассмотрены задачи стационарной и нестационарной теплопроводности, методы интенсификации теплопередачи. На примерах выбора краевых условий, законов изменения теплофизических свойств веществ, определяющих параметров среды и методов осреднения обсуждены вопросы моделирования.
Изложены методы решения задач конвективного тепломассообмена в ламинарном режиме, метод аналогии Рейнольдса и возможности его улучшения. В качестве примеров рассмотрены отдельные задачи конвективного теплообмена: в процессе конденсации, при больших скоростях, в разреженной среде и т. д.
Приведены основные сведения из области радиационного теплообмена. Изложены законы теплового излучения, методы решения задач, обсуждены вопросы моделирования реальных технологических процессов.
1.2 Цель преподавания дисциплины
Ознакомление магистрантов с основными механизмами переноса массы и тепла: теплопроводностью, конвективным и радиационным теплообменом.
1.3 Задачи изучения дисциплины
І. Составление на основе гипотез и законов механики сплошной среды основных уравнений переноса массы, импульса, энергии. Ознакомление с распространенными моделями сплошной среды.
ІІ. Знание теоретических и экспериментальных методов исследования теплопроводности твердых, жидких и газообразных тел, естественного и вынужденного конвективного теплообмена, радиационного теплообмена простых и сложных систем.
ІІІ. Умение моделировать тепловые процессы:
* Физическое описание процесса. Выделение главного. Обоснование ограничений.
* Составление математической модели. Проведение теоретических расчетов.
* Выбор метода исследования.
* Получение результатов.
* Анализ.
Приобретение навыков планирования эксперимента, расчета и конструирования экспериментальных установок, контроля и оптимизации теплообменных процессов.
1.4 Пререквизиты: математический анализ, методы математической физики, механика, молекулярная физика и оптика.
1.5 Постреквизиты: общепрофессиональные и специальные дисциплины.
2 СИСТЕМА ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ МАГИСТРАНТОВ
Распределение рейтинговых процентов по дисциплине
по видам контроля
Таблица 1
Вид итогового контроля | Виды контроля | Проценты (%) |
Экзамен | Итоговый контроль | 100 |
Рубежный контроль | 100 | |
Текущий контроль | 100 |
Календарный график сдачи всех видов контроля
по дисциплине «Теоретические основы тепломассообмена»
Таблица 2
Недели | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
Недельное количество контроля | - | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | - | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | - |
Вид контроля | - | ПЗ | ПЗ | К | ПЗ | СР | РК | - | ПЗ | ПЗ | К | ПЗ | СР | РК | - |
Виды контроля: ПЗ – практическое занятие, К – контрольная, СР - самостоятельная работа, РК – рубежный контроль |
Оценка знаний магистрантов
Таблица3
Оценка | Буквенный эквивалент | Рейтинговый балл (в процентах %) | В баллах |
Отлично | А | 95-100 | 4 |
А- | 90-94 | 3,67 | |
Хорошо | В+ | 85-89 | 3,33 |
В | 80-84 | 3,0 | |
В- | 75-79 | 2,67 | |
Удовлетворительно | С+ | 70-74 | 2,33 |
С | 65-69 | 2,0 | |
С- | 60-64 | 1,67 | |
D+ | 55-59 | 1,33 | |
D | 50-54 | 1,0 | |
Неудовлетворительно | F | 0-49 | 0 |
2 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
3.1 Распределение часов по видам занятий
Таблица 4
№ | Наименование темы | Количество академических часов | |||
Лек ций | Прак. занят. | СРМП | СРМ | ||
1 | Введение. Механизмы тепломассообмена. | 2 | 2 | 4 | 4 |
2 | Общие положения теории теплопроводности. | 2 | 2 | 4 | 4 |
3 | Стационарная теплопроводность. | 2 | 2 | 4 | 4 |
4 | Интенсификация теплопередачи. | 2 | 2 | 4 | 4 |
5 | Нестационарные процессы теплопроводности. | 2 | 2 | 4 | 4 |
6 | Периодически меняющееся температурное поле. | 2 | 2 | 4 | 4 |
7 | Конвективный теплообмен. | 2 | 2 | 4 | 4 |
8 | Подобие и моделирование процессов конвективного теплообмена. | 2 | 2 | 4 | 4 |
9 | Основы теории пограничного слоя. | 2 | 2 | 4 | 4 |
10 | Конвективный теплообмен в одно - и двухфазной средах. | 2 | 2 | 4 | 4 |
11 | Теплоотдача при кипении жидкости. | 2 | 2 | 4 | 4 |
12 | Теплообмен излучением между телами. | 2 | 2 | 4 | 4 |
13 | Методы исследования радиационного теплообмена. | 2 | 2 | 4 | 4 |
14 | Теплообмен в поглощающих и излучающих средах. | 2 | 2 | 4 | 4 |
15 | Сложный теплообмен. | 2 | 2 | 4 | 4 |
Всего часов | 30 | 30 | 60 | 60 |
3.2 Содержание лекционных занятий
1.Введение. Механизмы тепломассообмена. Теплопроводность, конвективный теплообмен, радиационный теплообмен. Молекулярный и молярный массообмен. Концентрационная диффузия. Баро и термодиффузии.
(2 часа)
2.Общие положения теории теплопроводности. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Условия однозначности. (2 часа)
3.Стационарная теплопроводность. Теплопроводность тел простой формы. Учет влияния внутренних источников тепла на стационарную теплопроводность тел различной формы. (2 часа)
4.Интенсификация теплопередачи. Два способа интенсификации теплопередачи. Метод оребрения. (2 часа)
5.Нестационарные процессы теплопроводности. Постановка задачи. Нестационарная теплопроводность неограниченной пластины. (2 часа)
6.Периодически меняющееся температурное поле. Распространение тепла в полуограниченном бесконечном теле. Уравнение теплопроводности. Подбор решения. (2 часа)
7.Конвективный тепломассообмен. Дифференциальные уравнения теории конвективного тепломассообмена. Условия однозначности. (2 часа)
8.Подобие и моделирование процессов конвективного теплообмена. Условия подобия физических явлений. Критерий подобия. Моделирование.
(2 часа)
9.Основы теории пограничного слоя. Дифференциальные уравнения динамического, теплового и диффузионного пограничных слоев. (2 часа) 10.Конвективный теплообмен в одно – и двухфазной средах. Теплоотдача при вынужденном продольном омывании плоской поверхности. (2 часа)
11.Теплоотдача при кипении жидкости. Физические процессы при кипении. Пузырьковое кипение при вынужденной конвекции. (2 часа)
12.Теплообмен излучением между телами. Уравнения спектрального излучения. Уравнения полного излучения. Интегральные уравнения. (2 часа)
13.Методы исследования радиационного теплообмена. Алгебраический, зональный, интегральный методы. Методы определения угловых коэффициентов. (2 часа)
14.Теплообмен в поглощающих и излучающих средах. Уравнение переноса энергии в поглощающей среде. Особенности излучения газов и паров. (2 часа)
15.Сложный теплообмен. Классификация и общая характеристика сложного теплообмена. Теоретические основы изучения сложного теплообмена. Система уравнений. (2 часа)
Всего 30 часов
3.3Содержание практических занятий
1.Введение. Механизмы тепломассообмена. Температурное поле, градиент температуры. (2 часа)
2.Общие положения теории теплопроводности. Методы решения краевых задач. (2 часа)
3.Стационарная теплопроводность. Расчет критического диаметра цилиндрической стенки. (2 часа)
4.Интенсификация теплопередачи. Расчет теплопроводности ребра прямоугольного сечения. (2 часа)
5.Нестационарные процессы теплопроводности. Основные методы решения уравнений нестационарной теплопроводности. (2 часа)
6.Периодически меняющееся температурное поле. Расчет скорости распространения температурных волн в полубесконечном теле. (2 часа)
7.Конвективный тепломассообмен. Примеры точного решения. (2 часа)
8.Подобие и моделирование процессов конвективного теплообмена. Методы установления критериев подобия. (2 часа) 9.Основы теории пограничного слоя. Тройная аналогия. (2 часа)
10.Конвективный теплообмен в одно – и двухфазной средах. Отдельные задачи конвективного теплообмена при естественной конвекции. (2 часа)
11.Теплоотдача при кипении жидкости. Теплоотдача при пленочном режиме кипения. (2 часа)
12.Теплообмен излучением между телами. Коэффициент излучения и методы его определения. Геометрические свойства лучистых потоков. (2 часа)
13.Методы исследования радиационного теплообмена. Расчет теплообмена излучением при наличии отражающих поверхностей. (2 часа)
14.Теплообмен в поглощающих и излучающих средах. Методы решения интегральных уравнений теплообмена излучением. (2 часа)
15.Сложный теплообмен. Дифференциальные методы решения задач сложного теплообмена. (2 часа)
Всего 30 часов
3.4Содержание самостоятельной работы магистранта с преподавателем ( СРМП )
1.Введение. Механизмы тепломассообмена. Законы Фурье, Ньютона-Рихмана, Стефана - Больцмана. Закон Фика. (4 часа)
2.Общие положения теории теплопроводности. Гиперболическое уравнение теплопроводности. (4 часа)
3.Стационарная теплопроводность. Теплопроводность тел цилиндрической формы при различных краевых условиях. (4 часа)
4.Интенсификация теплопередачи. Эффективность оребрения. (4 часа)
5.Нестационарные процессы теплопроводности. Нестационарная теплопроводность тел ограниченных размеров. (4 часа)
6.Периодически меняющееся температурное поле. Определение глубины проникновения теплового потока. (4 часа)
7.Конвективный тепломассообмен. Полная система уравнений. (4 часа)
8.Подобие и моделирование процессов конвективного теплообмена. Метод масштабных множителей для установления критериев подобия. (4 часа)
9.Основы теории пограничного слоя. Система уравнений плоского сжимаемого пограничного слоя с учетом диффузии. (4 часа)
10.Конвективный теплообмен в одно – и двухфазной средах. Отдельные задачи конвективного теплообмена в разреженной среде. (4 часа)
11.Теплоотдача при кипении жидкости. Теплообмен при кипении жидких металлов. (4 часа)
12.Теплообмен излучением между телами. Теплообмен в системе тел с плоскопараллельными поверхностями при наличии экрана и без него. (4 часа)
13.Методы исследования радиационного теплообмена. Анализ подобия и тепловое моделирование радиационного теплообмена. (4 часа)
14.Теплообмен в поглощающих и излучающих средах. Радиационный теплообмен потока излучающей среды со стенками канала. (4 часа)
15.Сложный теплообмен. Методические вопросы исследования сложного теплообмена. (4 часа)
Всего 60 часов
3.5Содержание самостоятельной работы магистранта ( СРМ )
1.Введение. Механизмы тепломассообмена. Коэффициенты теплопроводности, теплоотдачи, диффузии. (4 часа)
2.Общие положения теории теплопроводности. Уравнение теплопроводности для анизотропных часа)
3.Стационарная теплопроводность. Теплопроводность тел сферической формы при различных краевых условиях. (4 часа)
4.Интенсификация теплопередачи. Выбор формы сечения и материала для изготовления ребра. (4 часа)
5.Нестационарные процессы теплопроводности. Регулярный тепловой режим. (4 часа)
6.Периодически меняющееся температурное поле. Влияние теплофизических свойств среды на скорость распространения и глубину проникновения тепла. (4 часа)
7.Конвективный тепломассообмен. Полная система уравнений. (4 часа)
8.Подобие и моделирование процессов конвективного теплообмена. Определяющие размер и температура. (4 часа)
9.Основы теории пограничного слоя. Система уравнений плоского сжимаемого пограничного слоя с учетом химических реакций. (4 часа)
10.Конвективный теплообмен в одно – и двухфазной средах. Отдельные задачи конвективного теплообмена при фазовых превращениях. (4 часа)
11.Теплоотдача при кипении жидкости. Теплообмен при кипении криогенных жидкостей. (4 часа)
12.Теплообмен излучением между телами. Теплообмен между телом и его оболочкой. (4 часа)
13.Методы исследования радиационного теплообмена. Теоретические основы электрического моделирования теплообмена излучением. (4 часа)
14.Теплообмен в поглощающих и излучающих средах. Излучение и поглощение в условиях термодинамического равновесия. (4 часа)
15.Сложный теплообмен. Сложный теплообмен при турбулентном движении излучающей среды. (4 часа)
Всего 60 часов
3.6 График проведения занятий
Таблица 5
№ | Дата | Время | Наименование тем |
Лекции | |||
1 | Введение. Механизмы тепломассообмена. | ||
2 | Общие положения теории теплопроводности. | ||
3 | Стационарная теплопроводность. | ||
4 | Интенсификация теплопередачи. | ||
5 | Нестационарные процессы теплопроводности. | ||
6 | Периодически меняющееся температурное поле. | ||
7 | Конвективный теплообмен. | ||
8 | Подобие и моделирование процессов конвективного теплообмена. | ||
9 | Основы теории пограничного слоя. | ||
10 | Конвективный теплообмен в одно - и двухфазной средах. | ||
11 | Теплоотдача при кипении жидкости. | ||
12 | Теплообмен излучением между телами. | ||
13 | Методы исследования радиационного теплообмена. | ||
14 | Теплообмен в поглощающих и излучающих средах. | ||
15 | Сложный теплообмен. |
Практические занятия | |||
1 | Введение. Механизмы тепломассообмена. | ||
2 | Общие положения теории теплопроводности. | ||
3 | Стационарная теплопроводность. | ||
4 | Интенсификация теплопередачи. | ||
5 | Нестационарные процессы теплопроводности. | ||
6 | Периодически меняющееся температурное поле. | ||
7 | Конвективный теплообмен. | ||
8 | Подобие и моделирование процессов конвективного теплообмена. | ||
9 | Основы теории пограничного слоя. | ||
10 | Конвективный теплообмен в одно - и двухфазной средах. | ||
11 | Теплоотдача при кипении жидкости. | ||
12 | Теплообмен излучением между телами. | ||
13 | Методы исследования радиационного теплообмена. | ||
14 | Теплообмен в поглощающих и излучающих средах. | ||
15 | Сложный теплообмен. |
4.1 СПИСОК ОСНОВНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Адрианов радиационного и сложного теплообмена. М.: Энергия, 1972.- 464 с.
2. , Рядно теории теплопроводности. Высшая школа, М., 1982.-327 с.
3. , Шевченко .-М.:Изд-во АСВ,2005.-460 с.
4. Хауэлл Дж. Теплообмен излучением. –М.: Мир, 1975.- 934 с.
5. и др. Теплопередача. –М.: Энергия, 1981.- 346 с.
6. Исаченко при конденсации. – М.: Энергия, 1977.- 238 с.
7. , , Турмухамбетов и теплообмен криволинейных тел. Алматы: Ғылым, 1996.- 434 с.
8. Карташов методы в теплопроводности твердых тел. –М.: Высшая школа, 1979.- 415 с.
9. Основы теплопередачи, - М: Мир, 1983.- 512 с.
10. Лыков теплопроводности. –М.: Высшая школа, 1967.- 480 с.
11. , Рубашев теории теплообмена. Ч.1.,3-.: Высшая школа, 1974.-269 с. – 287 с.
12. Петухов теплообмен. –М.: Выс. школа, 1975.- 345 с.
13. Конвективный теплообмен. –М: Мир,1987.-590с.
14. . Гидродинамика и теплообмен сферы при малых числах Рейнольдса. –Караганда: КарГУ, 1985.- 97 с.
4.2 СПИСОК ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
15. , Рядно нестационарной теплопроводности. М.: Высшая школа, 1978.- 327 с.
16. Гухман в теорию подобия. –М.: Выс. школа, 1973.-296 с.
17. Естественная конвекция, –М: Мир, 1983. – 408 с.
18. Драбл Дж., Теплопроводность полупроводников, –М: –ИЛ, 1963. – 385 с.
19. Жукаускас перенос в теплообменниках. –М.: Наука. 1982. – 471 с.
20. Кутателадзе теории теплообмена. – М.: Наука. 1970. – 658с.
21. Турбулентные течения реагирующих газов.- М.: Мир, 1983. – 325 с.
22. Теплопроводность твердых тел, жидкостей, газов и их композиций. –М.: Мир, 1968. – 326 с.
23. Михеева теплопередачи. – М.: Энергия, 1973.- 318 с.
24. Темкин методы теплопроводности. –М: Энергия, 1973.- 463 с.
25. Теория пограничного слоя. –М.: Наука, 1974.- 742 с.
СОДЕРЖАНИЕ
Цели и задачи дисциплины 3
Система оценки знаний магистрантов 4
Календарный график сдачи всех видов контроля 4
Распределение часов по видам занятий 5
Содержание лекций 6
Содержание практических занятий 7
Содержание самостоятельной работы магистранта
с преподавателем (СРМП) 7
Содержание самостоятельной работы магистранта (СРМ) 8
График проведения занятий 9 Список основной литературы 11
Список дополнительной литературы ________________________________11
Содержание 12
