программа для аспирантов специальности 05.04.12 Турбомашины и комбинированные турбоустановки

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  ______________//

______________//

                       ______________/ /

«01» сентября 2011г.

Рассмотрено на заседании кафедры механики многофазных систем «03»сентября 2011 г., протокол № 2.

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

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

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. umk3.utmn. ru, 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


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.

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».


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:

Методами анализа тепломассопереноса в технологическом процессе; Методами совершенствования оборудования; 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.



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.

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

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

+

+

+

+

+

+

+

+


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.


Семинарские и лабораторные занятия 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)


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.


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

(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: ; .

(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
(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 .

(4.6)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

(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: .

(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.

(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.

Классификация теплообменных аппаратов. ТА объемные и поверхностные, регенераторы и рекуператоры. Виды поверхностей ТА. Схемы течений теплоносителей. АВО. Устройство и конструкции теплообменных аппаратов. Кожухотрубчатые теплообменные аппараты «труба в трубе», пластинчатые аппараты. Способы уменьшения термических напряжений в аппаратах различных конструкций. 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. Тепловые расчеты теплообменных аппаратов типа «жидкость-газ». Воздухоохладители КТ и КУ. Режимы течения жидких и газообразных теплоносителей и их влияние на его теплообмен. Тепловые расчеты теплообменных аппаратов типа «газ-газ». Регенераторы ГТ и КУ. Особенности расчета ТА «газ-газ». Методики расчета пластинчатых и трубчатых регенераторов. Охлаждение дисков и корпусов турбин. Охлаждение и прочность дисков. Охлаждение высокотемпературных газовых турбин. Системы охлаждения лопаток (конвективная, пористая и др.). 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» (2004-2009 гг.).

2.Журнал «Известия высших учебных заведений: ежемесячный научный журнал: Физика» (2004-2011 гг.)

3.Журнал «Инженерно-физический журнал» 2005-2011 гг.

4. Журнал «Нефть России: аналитич. журн./ Учредитель ООО "Нефтяная компания "ЛУКОЙЛ"". - Москва: ООО "Ойл Пресс", 1994 2008-2012 гг.

10.3. Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:

Электронная библиотека Попечительского совета механико-математического факультета Московского государственного университета http://lib. mexmat. ru eLIBRARY – Научная электронная библиотека (Москва) http://elibrary. ru/

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

3. www. libtech. ru – 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.