Рабочая программа дисциплины теплофизические процессы в криогенных системах направление ооп: 011200 Физика icon

Рабочая программа дисциплины теплофизические процессы в криогенных системах направление ооп: 011200 Физика



Смотрите также:
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

УТВЕРЖДАЮ:

Проректор-директор ЭНИН

Боровиков Ю.С.

«____» _____________ 2012 г.


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В КРИОГЕННЫХ СИСТЕМАХ

НАПРАВЛЕНИЕ ООП: 011200 Физика

ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ: 010700.32 Физика и техника низких температур

^ КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ): ) магистр

БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА 2011 г.

КУРС 2; СЕМЕСТР 3

КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ: 2

ПРЕРЕКВИЗИТЫ: Б.1.0 Химия, Б.2.0 Экология, Б.3.0 Информационные технологии, Б.4.0 Теоретическая механика, Б.5.0 Физика, Б.5.1 Физика 1, Б.5.2 Физика 2, Б.5.3 Физика 3, Б.6.0 Математика

КОРЕКВИЗИТЫ: Б.4.0 Механика жидкости и газа, Б.6.0 Безопасность жизнедеятельности, Б.7.0 Материаловедение, Б.8.0 Основы технологии машиностроения, Б.9.0 Техническая механика, Б.9.1 Сопротивление материалов, Б.9.2 Теория машин и механизмов, Б.9.3 Детали машин и основы проектирования, В.1.0 Гидравлические машины и гидропневмопривод, В.1 Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств

^ ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:

Лекции

36

часов

Лабораторные занятия








Практические занятия








^ АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ

36

часов

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

54

часов

ИТОГО

90

часов

ФОРМА ОБУЧЕНИЯ: Очная

ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ: Зачет в 3 семестре
^

Обеспечивающая кафедра: «Кафедра теоретической и промышленной теплотехники»



ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ: зав. каф. ТПТ, д. ф.-м. н.,

____________ профессор Г.В. Кузнецов

РУКОВОДИТЕЛЬ ООП: зав. каф. ТПТ, д. ф.-м. н.,

____________ профессор Г.В. Кузнецов

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ: профессор зав. каф. ТПТ,

___________ д. ф.-м. н., Б.В.Борисов

2012 г.

^ 1. Цели освоения дисциплины

В результате освоения данной дисциплины магистр приобретает знания, умения и навыки, обеспечивающие достижение Ц1, Ц2 и Ц5 основной образовательной программы «Физика».

Дисциплина нацелена на подготовку магистра к:

– проектной, сервисно-эксплуатационной, организационно-управленческой и экспертно-надзорной видам деятельности, связанным с анализом процессов тепломассопереноса в криогенных системах и низкотемпературной изоляции, составлением физико-математических моделей нестационарных теплогидравлических процессов в криогенных трубопроводах, криорезервуарах, системах охлаждения сверхпроводящих устройств.

^ 2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла (ПЦ.В) учебного плана (ПЦ.В.1.2.0). Она непосредственно связана с другими дисциплинами профессионального цикла («Безопасность жизнедеятельности», «Надежность технических систем и техногенный риск», «Организация и ведение аварийно-спасательных работ», «Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг», «Малоотходные и ресурсосберегающие технологии»). Кореквизитами для дисциплины «Термодинамика» являются дисциплины профессионального цикла «Механика жидкости и газа», «Безопасность жизнедеятельности», «Материаловедение», «Основы технологии машиностроения», «Техническая механика», «Сопротивление материалов», «Теория машин и механизмов», «Детали машин и основы проектирования», «Гидравлические машины и гидропневмопривод», «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» Она непосредственно связана с дисциплинами естественнонаучного и математического цикла «Химия», «Экология», «Теоретическая механика», «Физика», «Математика» и опирается на освоенные при изучении данных дисциплин знания и умения.

^ 3. Результаты освоения дисциплины

В результате освоения дисциплины студент должен самостоятельно выполнять расчетные работы, связанные с созданием и анализом работы криотехники для успешной работы в коллективах по разработке, проектированию и эксплуатации криогенных систем.

В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:

^ 1.Универсальные (общекультурные)

– способность работать самостоятельно (ОК-8);

– способность принимать решения в пределах своих полномочий (ОК-9);

– способность к абстрактному и критическому мышлению, исследованию окружающей среды для выявления ее возможностей и ресурсов, способность к принятию нестандартных решений (ОК-12);

– демонстрировать понимание сущности и значения информации в развитии современного общества, владение основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации; использование современных технических средств и информационных технологий для ведения практической инновационной инженерной деятельности в области защиты окружающей среды (ОК-13).

2. Профессиональные

– способность ориентироваться в перспективах развития техники и технологии защиты человека и природной среды от опасностей техногенного и природного характера (ПК-1);

– способность использовать методы расчетов элементов технологического оборудования по критериям работоспособности и надежности (ПК-5);

– способность принимать участие в организации и проведении технического обслуживания средств защиты (ПК-7);

– способность ориентироваться в основных методах и системах обеспечения техносферной безопасности, обоснованно выбирать известные устройства, системы и методы защиты человека и природной среды от опасностей (ПК-8).

– готовность к выполнению профессиональных функций при работе в коллективе (ПК-10);

– готовность использовать знания по организации охраны труда, охраны окружающей среды и безопасности в чрезвычайных ситуациях на объектах экономики (ПК-12);

– способностью контролировать состояние используемых средств защиты, принимать решения по замене (регенерации) средства защиты (ПК-18);

– Способность анализировать механизмы и характер воздействия технологических процессов основных отраслей промышленности на окружающую среду и взаимосвязь между их изменением и изменением воздействия на окружающую среду. Умение применять информацию, полученную в результате анализа при принятии технических и управленческих решений (ПК-1 – ПК-18).

После изучения данной дисциплины бакалавры приобретают знания, умения и опыт, соответствующие результатам основной образовательной программы: Р2, Р6, Р5, Р6, Р7, Р8. Соответствие результатов освоения дисциплины «Теплофизические процессы в криогенных системах» формируемым компетенциям ООП представлено в таблице.

Таблица 1.

^ Результаты освоения дисциплины

Формируемые компетенции в соответствии с ООП*

Результаты освоения дисциплины

З1.2

З6.1

36.5

З8.4

З9.3

В результате освоения дисциплины бакалавр должен знать:

активные методы самостоятельной индивидуальной работы в познавательной, практической, творческой деятельности и научных основ организации труда;

основные законы естественно-научных и математических дисциплин;

теоретические основы рабочих процессов в энергетических машинах и аппаратах;

основные теплофизические процессы, протекающие в энергетических машинах и аппаратах;

методики обработки результатов экспериментальных исследований.

У1.2

У1.3

У2.4

У7.1

У8.4

У9.2

У9.3

В результате освоения дисциплины бакалавр должен уметь:

сравнивать и сопоставлять изучаемые явления, оценивать и обобщать их, принимать оригинальные решения поставленных задач в рамках своей профессиональной деятельности;

критически оценивать свои достоинства и недостатки с необходимыми выводами, оценивать с большой степенью самостоятельности результаты своей деятельности;

демонстрировать личную ответственность при ведении профессиональной деятельности;

использовать основные законы естественнонаучных и математических дисциплин в инженерной деятельности и процессах в теплотехнических устройствах;

выявлять достоинства и недостатки известных технических решений, находить пути устранения недостатков;

обрабатывать результаты экспериментальных исследований;

проводить стандартные испытания по определению теплофизических, термодинамических и теплотехнических свойств различных сред.

В1.2

В6.1

В7.1

В9.2

В9.3

В результате освоения дисциплины бакалавр должен владеть:

навыками самостоятельной индивидуальной работы;

навыками использования основных законов естественнонаучных и математических дисциплин в инженерной деятельности и процессах в теплотехнических устройствах;

оценки конкурентных преимуществ инженерных решений;

навыками работы с экспериментальным оборудованием и исследовательскими приборами;

навыками применения стандартных и оригинальных методик для определения теплофизических, термодинамических и теплотехнических свойств различных сред, участвующих в рабочих процессах в теплотехнических устройствах.

*Расшифровка кодов результатов обучения и формируемых компетенций представлена в Основной образовательной программе подготовки бакалавров по направлению 280200 «Техносферная безопасность».


^ 4. Содержание теоретического раздела

4.1. Аннотированное содержание дисциплины

4.1 Содержание теоретических разделов дисциплины «Теплофизические процессы в криогенных системах» (36 часов):


Лекция 1 (2 часа)

Предмет курса, его место и роль при подготовке инженеров-физиков. Связь с другими отраслями знаний. Основные исторические этапы становления, роль в научно – техническом прогрессе, развитии новой техники и технологии, решении проблемы экономии энергетических ресурсов, защиты окружающей среды.


^ Лекция 2 (2 часа)

Основные задачи курса Терминология. Основные типы изоляции: насыпная, газонаполненная, вакуумная, вакуумно-порошковая, экранно-вакуумная.


^ Лекция 3 (2 часа)

Особенности теплопереноса. Влияние конструктивных и режимных параметров на тепловой поток. Технология изолирования.


Лекция 4 (2 часа)

Особенности термодинамических состояний и процессов при низких температурах.


^ Лекция 5 (2 часа)

Основные уравнения движения потока. Уравнения теплопроводности стенки.


Лекция 6 (2 часа)

Одномерные и двумерные модели. Линеаризация уравнений динамики.


^ Лекция 7 (2 часа)

Учет сжимаемости. Аксиальная теплопроводность охлаждаемого стержня. Теория гидроудара. Теплогидравлическая неустойчивость.


^ Лекция 8 (2 часа)

Стационарные режимы, оптимальная скорость.


Лекция 9 (2 часа)

Переходные процессы в трубопроводах. Захолаживание и заполнение трубопроводов жидкостью.


^ Лекция 10 (2 часа)

Основы термодинамики открытых однофазных и двухфазных систем.


Лекция 11 (2 часа)

Хранение и транспортирование криожидкостей с открытым и закрытым дренажем.


^ Лекция 12 (2 часа)

Явления стратификации и вскипания. Опорожнение резервуара.


Лекция 13 (2 часа)

Явления стратификации и вскипания. Опорожнение резервуара. (продолжение).


^ Лекция 14 (2 часа)

Расчет процесса наддува по различным моделям.


Лекция 15 (2 часа)

Расчет испарителя наддува.


Лекция 16 (2 часа)

Захолаживание и заполнение резервуара жидкостью.


^ Лекция 17 (2 часа)

Различные модели процесса заполнения резервуара криожидкостью.


Лекция 18 (2 часа)

Оценка эффективности режимов заполнения.


^ 4.2. Структура дисциплины по разделам и видам учебной деятельности

Таблица 2.

Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения



^ Название раздела/темы

Аудиторная работа (час)

СРС

(час)

Контр. раб.

Итого


Лекции

Практ./ семинар

Лаб. зан.

1

Введение. Основная терминология криогеники. Теплоперенос в низкотемпературной изоляции.

4







6

Коллоквиум во время лекционных занятий

10

2

Физико- математические модели нестационарных термодинамических теплогидравлических процессов.

16







24

Коллоквиум во время лекционных занятий

40

3

Переходные процессы в криоканалах с учетом теплообмена.

10







20

Коллоквиум во время лекционных занятий

30

4

Теплофизические процессы в криорезервуарах.

6







4

Коллоквиум во время лекционных занятий

10




Итого

36







54




90

^ 4.3. Распределение компетенций по разделам дисциплины

Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения по основной образовательной программе, формируемых в рамках данной дисциплины и указанных в пункте 3.

Таблица 3.

^ Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения



Формируемые

компетенции

^ Разделы дисциплины

1

2

3

4

5

6

7

8

9



З1.2

х

х

х

х

х

х

х

х

х



З2.4

х

х

х

х

х

х

х

х

х



З6.1

х

х

х

х

х

х

х

х

х



36.5













х










х



З7.1










х

х










х



З7.2










х

х










х



З8.4







х

х

х










х



З9.2







х

х

х




х

х

х



З9.3







х

х

х




х

х

х



У1.2







х

х

х




х

х

х



У1.3

х

х

х

х

х

х

х

х

х



У2.4













х










х



У6.1

х

х

х

х

х

х

х

х

х



У7.1










х

х










х



У8.4










х

х










х



У9.2







х

х

х

х

х

х

х



У9.3







х

х

х

х

х

х

х



В1.2

х

х

х

х

х

х

х

х

х



В6.1

х

х

х

х

х

х

х

х

х



В7.1










х

х










х



В9.2







х

х

х

х

х

х

х



В9.3







х

х

х

х

х

х

х

^ 5. Образовательные технологии

При освоении дисциплины используются следующие сочетания видов учебной работы с методами и формами активизации познавательной деятельности бакалавров для достижения запланированных результатов обучения и формирования компетенций.

Таблица 4.

^ Методы и формы организации обучения (ФОО)

ФОО

Методы

Лекции

Пр. зан.

Лаб. раб.

СРС

IT-методы

х




х

х

Работа в команде




х

х

х

Методы проблемного обучения

х







х

Обучение на основе опыта

х

х

х




Опережающая самостоятельная работа

х

х

х

х

Исследовательский метод







х

х

Дискуссия

х

х

х




Индивидуальное обучение




х

х

х

Для достижения целей преподавания дисциплины реализуются следующие средства, способы и организационные мероприятия:

  • изучение теоретического материала дисциплины на лекциях с использованием компьютерных технологий;

  • самостоятельное изучение теоретического материала дисциплины с использованием специальной учебной и научной литературы, в том числе Internet-ресурсы;

  • закрепление теоретического материала при проведении семинаров и коллоквиумов.


^ 6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов


6.1 Текущая СРС, направленная на углубление и закрепление знаний студента, развитие практических умений, содержит следующие виды работ:

  • работе студентов с лекционным материалом, поиск и анализ литературы и электронных источников информации по заданной проблеме,

  • изучении тем, вынесенных на самостоятельную проработку,

  • подготовке к коллоквиумам,

  • подготовке к зачету.

^ 6.1.1 Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине

  1. способов получения, передачи и использования холода;

  2. состава, номенклатуре и параметрам холодильного оборудования;

  3. методов расчета параметров систем холодоснабжения;

  4. методов экономичной и безопасной эксплуатации холодильных систем.

^ 6.2 Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР), ориентированная на развитие интеллектуальных умений, комплекса универсальных и профессиональных компетенций, повышение творческого потенциала студентов, включает следующие виды работ по основным проблемам курса:

  • поиск, анализ, структурирование и презентация информации;

  • анализ статистических и фактических материалов по заданной теме;

  • исследовательская работа.

^ 6.3 Контроль самостоятельной работы

Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателей.

^ 6.4 Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

Список основной и дополнительной литературы, перечень программного обеспечения указаны в разделе 9 данной рабочей программы.

^ 7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины


Оценка успеваемости студентов осуществляется по результатам:

  • устного опроса при проведения коллоквиумов и во время зачета.

Оценка успеваемости студентов осуществляется по результатам:

  • текущего контроля;

  • зачета.

Итоговым контролем является зачет в 4 семестре. Итоговый контроль результатов оценивается по суммарному баллу за семестр по условию:

«отлично» – более 85 баллов;

«хорошо» – 71–85 баллов;

«удовлетворительно» – 60–70 баллов.

Итоговым контролем является зачет в 6 семестре. Итоговый контроль результатов оценивается по суммарному баллу за семестр по условию:

«зачтено» > 60.

^ 7.1 Примеры зачетных вопросов


Первый блок вопросов


  1. Номенклатура и особенности вспученной тепловой изоляции.

  2. Номенклатура и особенности газонаполненной порошковой и волокнистой тепловой изоляции.

  3. Номенклатура и особенности вакуумной тепловой изоляции.

  4. Коэффициент аккомодации. Понятие, расчет и применение.

  5. Отражающий экран, эффективный коэффициент излучения.

  6. Особенности передачи тепла в вакуумной тепловой изоляции.

  7. Особенности вакуумно-порошковой и вакуумно-волокнистой тепловых изоляции.

  8. Отражающие порошковые изоляции.

  9. Многослойные тепловые изоляции. Конструкции. Особенности применения.

  10. Сравнительные достоинства и недостатки различных типов низкотеипературных тепловых изоляций.

  11. Резервуары с газоохлаждаемой отражающей изоляцией.

  12. Материалы, применяемые для изготовления криорезервуаров.

  13. Основные элементы конструкции криорезервуаров.

  14. Основные требования к внутреннему криорезервуару с точки зрения безопасности.

  15. Особенности конструкции внешней оболочки криорезервуаров.


Второй блок вопросов.


  1. Понятие температуры с точки зрения термодинамики.

  2. Основные термодинамические параметры. Идеальный и реальный газ.

  3. Уравнение состояния. Особенности поведения термодинамической системы при низких температурах.

  4. Принципы сохранения масс и энергии. Материальный и энергетический баланс. Стехиометрический принцип.

  5. Теорема об изменении импульса.

  6. Принцип возрастания энтропии. Энтропийный баланс. Необратимость и затраты энергии.

  7. Термодинамический анализ затрат энергии в криогенных системах.

  8. Размерные и безразмерные формы уравнений процессов. Подобие процессов. Основные критерии теплового и термодинамического подобия.

  9. Третье начало термодинамики. Недостижимость абсолютного нуля.

  10. Равновесные состояния и фазовые переходы чистых веществ.

  11. Равновесные состояния и фазовые переходы бинарных систем.

  12. Теплофизические свойства газов. Криогенные температуры.

  13. Теплофизические свойства жидкостей. Криогенные температуры.

  14. Теплофизические свойства твердых тел. Криогенные температуры.

  15. Механические свойства материалов при низких температурах.


Третий блок вопросов


  1. Дросселирование. Эффект Джоуля-Томсона. Особенности получения низких температур дросселированием.

  2. Термоэлектрические эффекты. (эффект Пельтье, эффект Зеебека, эффект Томсона).

  3. Изменение термодинамических параметров в изобарных и изоэнтропных процессах. Детандеровые циклы.

  4. Выхлоп или свободный выход газа из баллона

  5. Адиабатное размагничивание. Десорбционное охлаждение.

  6. Идеальный цикл ожижения и его анализ

  7. Расчет многоступенчатых циклов.

  8. Теплопроводность криогенных термодинамических систем.

  9. Теплоотдача при конвекции в криогенных системах.

  10. Теплоотдача при кипении в криогенных системах.

  11. Теплоотдача при конденсации в криогенных системах

  12. Процессы излучения в криогенных системах

  13. Особенности теплообмена в двухфазных криогенных термодинамических системах.

  14. Диаграммы равновесного состояния двухфазных термодинамических систем при низких температурах.

  15. Процессы разделения бинарных систем при низких температурах


^ 8. Рейтинг качества освоения модуля (дисциплины)

В соответствии с рейтинговой системой текущий контроль производится ежемесячно в течение семестра путем балльной оценки качества усвоения теоретического материала (ответы на вопросы) и результатов практической деятельности (решение задач, выполнение заданий, решение проблем).

Промежуточная аттестация (зачет) производится в конце семестра также путем балльной оценки. Итоговый рейтинг определяется суммированием баллов текущей оценки в течение семестра и баллов промежуточной аттестации в конце семестра по результатам зачета. Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам (60 – текущая оценка в семестре, 40 – промежуточная аттестация в конце семестра).

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

    Основная литература:



  1. ^

    Филин Н.В., Буланов А.Б. Жидкостные криогенные системы. Л. Машиностроение, 1985.-206 с.

  2. Барон Р.Ф. Криогенные системы. М.: Энергоатомиздат, 1989.-410 с.

  3. Справочник по физикотехническим основам криогеники, под общ. ред. М. П. Малкова, 2 изд., М;, 1973;


  4. Кудинов В.А. и др. Техническая термодинамика. – М.: Высшая школа, 2001. – 261 с.
  5. ^

    Григорьев В.А., Крохин Ю.И. Тепло- и массообменные аппараты криогенной техники: Учебное пособие для вузов.-М.: Энергоиздат, 1982.-312 с.


      Дополнительная литература:
  1. ^

    Криогенные системы (под редакцией Архарова А.М.) М.: Машиностроение, 1988.-464 с.

  2. Микулин Е.И. Криогенная техника. М.: Машиностроение, 1969.-272 с.

  3. В. Мааке, Г.-Ю. Эккерт, Ж.-Л. Кошпен. Учебник по холодильной технике пер. фран. под редакцией д-ра техн. наук В.Б. Сапожникова.М.:изд. МГУ, 1998.- 1144 с.


Программное обеспечение и Internet-ресурсы:

http://www.gaudeamus.omskcity.com/

http://lord-n.narod.ru/

http://techlibrary.ru/

http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-4/index.htm

http://solidstate.karelia.ru/~KOF/OLD/kse-pact/lectures/index.html

http://www.k204.ru/uchebniki.htm

http://tgv.khstu.ru/lib/learn/kniga.php

http://ihtik.lib.ru/

http://library.khstu.ru/ruslan.php

http://ingenerov.net

http://www.msuee.ru/html2/med_gidr/l3_4.html

http://twt.mpei.ru

http://teplofizika.narod.ru/Sprawka.htm

http://www.energosoft.info/new_knigi.html

http://www.fptl.ru/Chem%20block_spravo4nik.html

http://www.enek.ru

www.procae.ru

http://www.chuvsu.ru


^ 9. Материально-техническое обеспечение дисциплины

При изучении основных разделов дисциплины используются технические средства и оборудование кафедры ТПТ. Практические занятия и самостоятельная работа студентов обеспечены современной лабораторной базой, вычислительной техникой, позволяющей проводить исследования процессов на современном уровне в соответствии с требованиями ООП.

Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС-2010 по направлению «Машиностроение».


Программа одобрена на заседании кафедры ТПТ ЭНИН


(протокол № ____ от «___» _______ 2012 г.).


Автор: Борисов Б.В.

стр. из




Скачать 282,2 Kb.
Дата конвертации09.11.2013
Размер282,2 Kb.
ТипРабочая программа
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rud.exdat.com


База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2012
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Документы