Тепломасообмін

Статус дисципліни: обов’язкова дисципліна

Факультет: теплоенергетичний

Кафедра: теоретичної та промислової теплотехніки

 

 

І. Загальні відомості

         Дисципліна відноситься до циклу професійно-практичної підготовки. Передумовою вивчення цієї дисципліни є засвоєння знань з дисциплін, що викладаються попередньо, а саме: НФ-01 „Вища математика”, НФ-02 „Фізика”,  НП-01  „Гідрогазодинаміка",  НП-02 „Технічна термодинаміка”, НФ-07 „Технічна механіка”, НФ-05 „Інформаційні технології”, НФ-04 „Інженерна та комп’ютерна графіка”.

         Дисципліна надає знання , які використовуються при вивченні інших професійно-орієнтованих дисциплін, а також при підготовці курсових проектів та дипломних проектів бакалавра і магістра.

         Дисципліна складається з трьох кредитних модулів: НП-03/1 обсягом 6 кредитів ECTS (IV семестр), НП-03/2 обсягом 4,5 кредита ECTS (V семестр) і НП-03/3 обсягом 1,5 кредита ECTS (VІ семестр).

 

ІІ. Розподіл навчального часу

 

Семестр

Вид кредитного модуля

Всього

(кред./год.)

Розподіл за видами занять (всього год./год. у тижні)

 

 

 

 

СРС

Модульні контрольні роботи (кількість)

Інші завдання (вид)

Семестрова атестація (вид)

 

Лекції

 

Практичні

IV

НП-03/1

6/216

54/3

36/2

126

2

РР

екз.

V

НП-03/2

4,5/162

36/2

36/2

82

2

РР

екз.

НП-03/3

1,5/54

 

 

54

 

КП

захист КП

ІІІ. Мета і завдання дисципліни

 

         Тепломасообмін є однією із важливих  складових теоретичних основ теплотехніки, що забезпечують спеціальну теоретичну підготовку фахівців теплотехнічних спеціальностей.

         Мета вивчення дисципліни „Тепломасообмін" полягає у засвоєнні студентами основ теорії процесів тепломасообміну, основних законів та фізичної суті цих процесів, а також методів розрахунку процесів тепломасообміну. У результаті вивчення цієї дисципліни студенти повинні вміти самостійно використовувати основні закони і методи теорії тепломасообміну для розв’язання практичних задач по обраній спеціальності.

         Знання курсу „Тепломасообмін” забезпечує повноцінне сприйняття та вивчення  таких наступних дисциплін навчального плану: ЗП-02 „Котельні установки промислових підприємств”, ЗП-01 „Теплотехнічні процеси та установки”, ЗП-04 „Джерела теплопостачання” та інші.

         Завдання вивчення дисципліни є набуття системи таких конкретних знань та умінь:

ЗНАННЯ:

1. Основних тенденцій розвитку науки про процеси тепло- і масообміну.

2. Бібліографії основної технічної літератури з дисципліни (підручники, довідники, монографії та ін.).

3. Основних фізичних закономірностей явищ тепломасообміну.

4. Основ математичних методів розв’язання задач тепломасообміну.

5. Методів математичного і фізичного моделювання теплофізичних процесів.

6. Основ методики проведення експериментальних досліджень процесів теплообміну та обробки їх результатів.

7. Методів впливу на характер протікання і інтенсивність процесів теплообміну, а також методів інтенсифікації процесу теплопередачі.

8. Методів теплового та гідродинамічного розрахунків теплообмінних апаратів.

 

УМІННЯ:

1. Самостійно використовувати на практиці основні закони і методи теорії тепломасообміну.

2. Працювати з науково-технічною, нормативною, довідковою літературою, бібліографічними джерелами за тематикою дисципліни.

3. Застосовувати аналітичний, графо-аналітичний і чисельний методи, а також методи теорії подібності у розрахунках тепломасообмінних процесів.

4. Оцінювати відповідність результатів розрахунку процесів перенесення  теплоти і маси фізичній суті цих процесів.

5. Виконувати розрахунки теплообмінних апаратів та оцінювати їх теплову ефективність.

 

ІV. Зміст дисципліни

Перший кредитний модуль НП-03/1

Розділ І. Основні поняття теорії тепломасообміну.

Тема 1.1. Предмет теорії тепломасообміну.

Тема 1.2. Кількісні характеристики процесів перенесення теплоти.

Тема 1.3. Поле температур і температурний градієнт.

Розділ 2. Основні положення  теплопровідності.

Тема 2.1. Закон теплопровідності Фур’є.

Тема 2.2.  Математичне формулювання задачі теплопровідності.

Розділ 3. Теплопровідність при стаціонарному режимі.

Тема 3.1. Теплопровідність через плоску стінку (qv = 0).

Тема 3.2. Теплопровідність через циліндричну стінку (qv = 0).

Тема 3.3. Теплопровідність через кульову стінку (qv = 0).

Тема 3.4. Теплопровідність із внутрішніми джерелами теплоти.

Розділ 4. Теплообмін через оребрені поверхні.

Тема 4.1. Загальна характеристика методів інтенсифікації теплопередачі.

Тема 4.2. Теплопровідність уздовж ребер різного профілю.

Тема 4.3. Теплообмін між оребреною поверхнею і оточуючою рідиною.

Тема 4.4. Теплопередача через оребрену стінку.

Розділ 5. Основи теорії подібності та фізичного моделювання.

Тема 5.1. Безрозмірний опис фізичних явищ.

Тема 5.2. Аналіз процесів теплопровідності методом подібності.

Тема 5.3. Умови подібності фізичних явищ.

Тема 5.4. Суть фізичного моделювання.

Розділ 6. Теплопровідність при нестаціонарному режимі.

Тема 6.1. Загальні положення.

Тема 6.2. Охолодження (нагрівання) пластини в середовищі із сталою температурою.

Тема 6.3. Охолодження нескінченного циліндра в середовищі зі сталою температурою.

Тема 6.4. Охолодження кулі в середовищі зі сталою температурою.

Тема 6.5. Нестаціонарний процес теплопровідності в тілах кінцевих розмірів.

Тема 6.6. Регулярний режим охолодження (нагрівання) тіл.

Розділ 7. Наближені методи розрахунку задач теплопровідності.

Тема 7.1.  Чисельний метод розв’язку задач стаціонарної теплопровідності.

Тема 7.2. Чисельний метод розв’язку задач нестаціонарної теплопровідності.

Тема 7.3. Метод електротеплової аналогії.

Розділ 8. Основні положення конвективного теплообміну.

Тема 8.1. Загальна фізична характеристика процесу.

Тема 8.2. Аналітичний опис процесів конвективного теплообміну.

Розділ 9. Подібність і моделювання процесів конвективного теплообміну.

Тема 9.1. Безрозмірний опис процесів конвективного теплообміну.

Тема 9.2. Обробка і узагальнення дослідних даних.

Розділ 10. Тепловіддача при зовнішньому обтіканні тіл.

Тема 10.1. Гідродинамічна характеристика процесу при вимушеному русі рідини уздовж плоскої поверхні (пластини).

Тема 10.2. Тепловіддача при поздовжньому омиванні пластини.

Тема 10.3. Тепловіддача при вимушеному поперечному омиванні труб.

Розділ 11. Тепловіддача при вимушеному русі рідини в трубах.

Тема 11.1. Особливості течії і теплообміну в трубах.

Тема 11.2. Тепловіддача при течії рідини в трубах круглого поперечного перерізу.

Розділ 12. Тепловіддача при вільному русі рідини.

Тема 12.1. Тепловіддача при вільному русі рідини в необмеженому просторі.

Тема 12.2. Теплообмін  при вільному русі рідини в обмеженому просторі.

 

Другий кредитний модуль НП-03/2

Розділ 13. Теплообмін при фазових перетвореннях.

Тема 13.1. Основні фізичні закономірності процесу конденсації.

Тема 13.2. Теоретичний аналіз процесу тепловіддачі при плівковій конденсації.

Тема 13.3. Методика розрахунку тепловіддачі при плівковій конденсації.

Тема 13.4. Вплив окремих факторів на тепловіддачу при конденсації пари.

Тема 13.5. Загальні уявлення про процес кипіння.

Тема 13.6. Внутрішні характеристики процесу бульбашкового кипіння.

Тема 13.7. Вплив окремих факторів на тепловіддачу при кипінні у великому об’ємі.

Тема 13.8. Розрахунок тепловіддачі при бульбашковому кипінні у великому об’ємі.

Тема 13.9. Теплообмін при кипінні в умовах вимушеної течії в трубах.

 Розділ 14. Теплообмін випромінюванням.

Тема 14.1. Загальна характеристика теплового випромінювання.

Тема 14.2. Основні поняття та визначення.

Тема 14.3. Основні закони теплового випромінювання.

Тема 14.4. Коефіцієнти опромінення і взаємні поверхні випромінювання.

Тема 14.5. Теплообмін випромінюванням між двома тілами в прозорому середовищі.

Тема 14.6. Теплообмін випромінюванням при наявності екранів.

Тема 14.7. Теплообмін випромінюванням у поглинаючому середовищі. Складний теплообмін.

Розділ 15. Основні розрахунки теплообмінних апаратів.

Тема 15.1. Загальна характеристика теплообмінних апаратів.

Тема 15.2. Основи теплового розрахунку рекуперативних теплообмінників.

Тема 15.3. Методика теплового розрахунку регенераторів.

Тема 15.4. Основи гідродинамічного розрахунку теплообмінних апаратів.

 

Третій кредитний модуль НП-03/3

Курсовий проект рекуперативного теплообмінного апарата

V. Методи навчання та інформаційно-методичне забезпечення.

Основний матеріал кредитних модулів викладається на лекціях. Вивчення курсу тепломасообміну  також  супроводиться практичними та лабораторними  заняттями, на яких під керівництвом викладача студенти розв’язують задачі або виконують лабораторні роботи, що відносяться до найістотніших розділів курсу.

Курсовий проект  передбачає виконання основних  розрахунків, які здійснюються при проектуванні рекуперативних теплообмінних апаратів.

Індивідуальне консультування здійснюється щотижня за графіком, який доводиться до відома студентів на початку семестру.

 

Основна література

А. Підручники та навчальні посібники, які знаходяться в НТБ НТУУ “КПІ”

  1. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача: Учебник для вузов – 4-е изд., перераб. И доп. –М.: Энергоиздат, 1981. – 416с., ил.
  2. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередачи: Учеб. пособие для для вузов. – 4-е изд., перераб. – М.: Энергия, 1980. – 288 с., ил.
  3. Анисимов С.Н. Основы проектирования теплообменных аппаратов: Учебное пособие – Симферополь: НАПКС, 2005. –  185 с.
  4. Іванченко В.В., Барвін О.І., Штунда Ю.М. Конструювання та розрахунок кожухотрубчатих теплообмінних апаратів. – Луганськ: Вид-во СНУ ім.. В.Даля. 2006.-260с.

Б. Методичні вказівки до розрахункових і лабораторних робіт, а також довідниковий роздаточний матеріал знаходяться на кафедрі.  

 

VI. Мова

При викладанні дисципліни використовуються українська та російська мови.

 

VII. Характеристика індивідуальних завдань

З метою поглиблення вивчення дисципліни та набуття стійких вмінь самостійних і кваліфікованих розрахунків задач прикладного інженерного характеру студентами виконуються розрахункова робота “Чисельний метод розв’язку задач  стаціонарної теплопровідності”  у  IV семестрі, розрахункова робота “Проектний тепловий розрахунок рекуперативного теплообмінного апарата” у  V семестрі та курсовий проект теплообмінника у  VI семестрі.

Вимоги до оформлення розрахункових робіт і курсового проекту є загальноприйнятими в НТУУ “КПІ”.

 

VIII.Методика оцінювання

При оцінюванні успішності студентів застосовується рейтингова система, в основу якої покладено поопераційний контроль і   накопичення рейтингових балів за різнобічну навчально-пізнавальну діяльність студентів у процесі вивчення дисципліни.

Рейтинг студентів з першого кредитного модуля (IV семестр) складається з балів, що він отримує за: роботу на практичних заняттях та при виконані домашніх завдань; дві модульні контрольні роботи по одній академічній годині; одну розрахункову роботу; відповідь на екзамені.

Система контрольних заходів з другого кредитного модуля (V семестр) доповнюється звітом та захистом восьми лабораторних робіт.

Рейтинг студентів з третього кредитного модуля (VI семестр) є результат рейтингового оцінювання його роботи над проектом на протязі семестру та балів, отриманих при захисті проекту.

Проведення семестрової атестації у  IV та V семестрах здійснюється з допомогою критеріїв екзаменаційного оцінювання з визначенням чотирьох рівнів.

 

IX. Організація

Дисципліна є обов’язковою для вивчення всіма студентами.

Контактні телефони лекторів: Босий Володимир Васильович – 454-90-92

 

 

Укладач                                                            доц. Босий В.В.

 

                                                                              НТУУ КПІ      ТЕФ      Розклад       Бібліотека      Електронний Кампус      Вебкамери       Радіо КПІ       Студмістечко