СДМ

СДМ.Р.2 Физические основы высокотемпературных технологий в машиностроении
Князева Анна Георгиевна
10 семестр 1 год обучения
1)
Краткое содержание дисциплины: Современные высокотемпературные
технологии, теплообмен, теплопроводность, механизмы переноса тепла, особенности
воздействия различных источников энергии на материалы, массообмен, тепломассообмен
2) Кредитная стоимость дисциплины: 6 кредитов
3) Цель: дать студентам необходимые теоретические знания по современным
высокотемпературным технологиям, их математическому моделированию; научить
студентов, формулировать теплофизические задачи, необходимые для анализа
высокотемпературных технологических процессов; выявлять при постановке задач
основные физические явления, применять инженерные методы для получения простейших
оценок, разбираться в том, какие методы требуются для решения задач. Курс
ориентирован на подготовку студентов к научно–исследовательской работе.
4)
Результаты обучения: После изучения данной дисциплины студент должен знать
механизмы переноса тепла в твердых, жидких и газообразных средах, формы записи
уравнения теплопроводности в различных системах координат, должен знать и уметь
формулировать возможные варианты граничных условий, владеть такими понятиями как
стационарная задача, нестационарная задача, теплоемкость, плотность, теплопроводность;
должен знать основные понятия и определения теории фазовых переходов и формальной
химической кинетики, владеть инженерными методами построения решений
теплофизических задач и задач, им подобных; должен уметь пользоваться получаемыми
аналитическими решениями, уметь их анализировать; должен разбираться в критериях
подобия и возможностях метода анализа размерностей; должен знать, для какого типа
технологий применимы теплофизические методы описания.
5) Содержание:
1. Современные высокотемпературные технологии. Источники энергии. Основные
характеристики теплообмена. Единицы измерения. Отношение теплообмена к
термодинамике. Теплоемкость. Производство энтропии. – 2 ч.
2. Механизмы переноса тепла: теплопроводность, конвекция, излучение. Понятие о
массообмене. Теплопроводность в различных средах. Закон Фурье. Коэффициент
теплопроводности. Зависимость теплофизических свойств от температуры. Уравнение
теплопроводности. Формулировка граничных условий. Частные примеры. – 2 ч.
3. Конвективный теплообмен. Закон Ньютона-Рихмана. Применение теории подобия к
изучению теплообмена. Примеры расчета коэффициентов теплоотдачи – 2 ч.
4. Уравнение теплопроводности в различных системах координат. Уравнения
теплопроводности для тел канонической формы. Стационарные задачи теплопроводности
в различных системах координат. Критический диаметр теплоизоляции. – 2 ч.
5. Теплообмен излучением. Основные законы теплового излучения. Лучистый теплообмен
между телами. Сложный теплообмен. Особенности воздействия различных источников
энергии на материалы. – 2 ч.
6. Нестационарные задачи теплопроводности. Задачи с граничными условиями первого,
второго, третьего рода; сопряженные задачи. Типы эффективных источников тепла –
распределенные и точечные, неподвижные и подвижные, постоянные и зависящие от
времени, объемные и поверхностные. – 2 ч.
7. Теплоперенос в процессах плавления и кристаллизации. Задачи Стефана. Понятие о
теории двухфазной зоны. – 2 ч.
8. Теплообмен в системах с химическими реакциями. Химические источники тепла.
Физические классификации химических превращений. Массообмен. Механизмы
диффузии в газах, жидкостях и твердых телах. Термодиффузия и диффузионная
теплопроводность. Многокомпонентная диффузия. – 2 ч.
9. Примеры упрощенных моделей высокотемпературных технологических процессов
кислородной и лазерной резки, дуговой сварки, электронно-лучевой и электрошлаковой
наплавки, диффузионной пайки, термической обработки с использованием различных
источников энергии (выборочно). – 2 ч.
6) Пререквизиты:
Для успешного освоения дисциплины студент должен знать фундаментальные основы
курсов: “ Высшая математика ” - знать простейшие методы решения ОДУ; интегральное
и дифференциальное исчисление, “ Физика”, “Информатика” - должен владеть любым
прикладным пакетом (например, MATHCAD).
7) Основные учебники:
1. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача, М.: Энергия, 1975. -488 С.
2. Ф. Крейт, У.Блэк Основы теплопередачи /М.: Мир, 1983. – 512 С.
3. J.H.Lienhard IV, J.H. Lienhard V A heat transfer textbook / 2003, (есть электронный
вариант)
4. Князева А.Г. Элементарные понятия о разностных схемах – методическое пособие для
выполнения лабораторных работ./Томск. ТПУ. 2006
5.Князева А.Г. Различные варианты метода прогонки – методическое пособие для
выполнения лабораторных работ./Томск. ТПУ. 2006
6. Князева А.Г. Теплофизические основы высокотемпературных технологий обработки
материалов – учебное пособие./Томск. ТПУ. Готовится к печати
8) Дополнительная литература:
1. Kalyan Annamalai, Iswar K.Puri Advanced thermodynamics engineering / 2001
2. Р.Берд, Стьюарт, Е.Лайтфут Явления переноса / М.: Химия, 1974. – 688 С.
3. Баскаков А.П., Берг Б.В., Витт О.К. и др. Теплотехника, Учебник для ВУЗов / М.:
Энергоиздат, 1982. – 264 С.
4. Н. Н. Рыкалин, А. А. Углов, Л. М. Анищенко. Высокотемпературные технологические
процессы. Теплофизические основы./ М.: Наука, 1986.
5. Лыков А. В. Теория теплопроводности: учебное пособие для вузов/ М.: Высшая школа,
1967
6. Лашутина Н.Г., Макашова О.В., Медведев Р.М. Техническая термодинамика с основами
теплопередачи и гидравлики / М.: Машиностроение, 1988. – 336 С.
9) Координатор: Князева Анна Георгиевна, профессор. каф. ФВТМ, д.ф-м.н, профессор
10) Использование компьютера: компьютер используется преподавателем при чтении
лекций (в течение всего курса), при выполнении всех практических занятий
(лабораторных работ) студентами.
11) Лабораторные работы и проекты:
1. Решение стационарной задачи о распространении тепла в плоской стенке– 2 ч.
2. Решение стационарной задачи о распределении температуры в различных системах
координат при конвективном теплообмене – 6 ч.
3. Решение стационарной задачи теплопроводности для многослойной стенки в
различных системах координат с объемным тепловыделением – 4 ч.
4. Решение стационарной задачи теплопроводности для многослойной стенки
цилиндра – 2 ч.
5. Решение нестационарной задачи теплопроводности с использованием
операционного метода – 2 ч.
6. Решение первой краевой задачи для уравнения теплопроводности по явной
разностной схеме – 2 ч.
Преподаватель: Князева Анна Георгиевна