Document 76525

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ
«ГОРНЫЙ»
Согласовано
___________________
Руководитель ООП по
направлению 150400
проф. В.М.Сизяков
«___» ___________ 2012 г.
Утверждаю
__________________
Зав. кафедрой ПТПЭ
проф.Н.М. Теляков
«___» ___________ 2012 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«ТЕОРИЯ ТЕПЛОВОЙ РАБОТЫ И КОНСТРУКЦИИ
ПЕЧЕЙ»
Направление подготовки: 150400 «Металлургия»
Программа подготовки: Теплотехника металлургических процессов
Квалификация
(степень)
выпускника:
магистр,
специальное
звание «магистр»
Форма обучения: очная
Составитель:
зав.каф. ПТПЭ проф.Н.М.Теляков
асс.каф.ПТПЭ А.Н.Теляков
Программа является приложением
к основной образовательной программе в соответствии с ФГОС
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
М.2.В.1.ТЕОРИЯ ТЕПЛОВОЙ РАБОТЫ И КОНСТРУКЦИИ ПЕЧЕЙ
Составители: проф.Н.М.Теляков, асс.А.Н.Теляков
Кафедра печных технологий и переработки энергоносителей
1. Цели и задачи дисциплины
Учебная дисциплина «Теория тепловой работы и конструкции печей» — дисциплина
вариативной части профессионального цикла программы подготовки магистров по
направлению 150400 «Металлургия».
Целью дисциплины является освоение магистрами направления вопросов теплообмена в
гетерогенных системах, знание которых повышает профессиональный уровень выпускника.
Задачами дисциплины являются:
1.
подготовка магистров к творческому применению полученных знаний при создании новых
и совершенствованию действующих технологических процессов
2.
овладение вопросами теплопереноса, которые в свою очередь формируют
профессиональный уровень магистра данного направления
3.
формирование знаний о механизмах и законах переноса тепла; методах анализа процессов
теплообмена; о понятии сложного теплообмена
2. Место дисциплины в структуре ООП
Учебная дисциплина «Теплоперенос в гетерогенных системах» — дисциплина
вариативной части профессионального цикла программы подготовки магистров по
направлению 150400 «Металлургия».
Дисциплина является предшествующей для изучения последующих дисциплин
цикла М.2 (профессиональный цикл) в вариативной части – Технология печного
производства (3-й семестр), Промышленные печи нагрева и термообработки (3-й семестр),
Промышленные печи производства металлов (3-й семестр) (3-й семестр).
3. Требования к результатам освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих
Общекультурных компетенций:
-самостоятельное изучение новых методов исследования, изменение научного и
научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности (ОК-5)
-самостоятельное приобретение новых знаний и умения, в том числе в областях
знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности (ОК-6)
-использование базы данных, пакетов прикладных программ и средств компьютерной
графики для решения профессиональных задач (ОК-7)
-использование фундаментальных общеинженерных знаний в профессиональной
деятельности (ОК-8)
Профессиональных компетенций:
-умение применять инновационные методы решения инженерных задач (ПК- 1);
-умение применять основные принципы рационального использования природных ресурсов и
защиты окружающей среды (ПК-3);
-умение проводить анализ технологических процессов для выбора путей, мер и средств
управления качеством продукции (ПК-12);
-умение разрабатывать предложения по совершенствованию технологических процессов и
оборудования (ПК-15);
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать:
-механизмы и законы переноса теплоты в гетерогенных системах;
-методы анализа процессов теплообмена;
-элементы теории подобия и ее применение к изучению сложных процессов переноса
тепла;
Уметь:
-производить анализ процессов теплопереноса в печных агрегатах;
-уметь рассчитывать основные параметры процесса теплопереноса;
-применять методы математического моделирования процесса теплопереноса;
Владеть:
-понятийно-терминологическим аппаратом в области теплопереноса в гетерогенных системах;
-методами расчета и анализа процессов теплопереноса в металлургических агрегатах;
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет 14,5 зачетных единиц.
Вид учебной работы
Всего
часов
I
II
III
138
54
54
30
Лекции
28
18
Практические занятия (ПЗ)
92
18
Лабораторные работы (ЛР)
18
18
Самостоятельная работа (всего)
366
135
Аудиторные занятия (всего)
Семестры
В том числе:
10
54
20
135
96
Семинары (С)
В том числе:
Курсовой проект (работа)
96
Расчетно-графические работы
150
75
75
120
60
60
зач., экз.
зач.
экз.
экз.
504
189
189
126
14,5
5
6
3,5
96
Реферат
Другие виды самостоятельной работы
Выполнение домашнего задания
Изучение теоретического материала
Вид промежуточной аттестации: зачёт, экзамен
Общая трудоемкость
час
зач. ед.
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№ Наименование раздела
Содержание раздела
п/п дисциплины
1
2
3
1. Введение
Цели и задачи дисциплины. Предмет «Теория тепловой
работы и конструкции промышленных печей», его
значение и содержание. Краткая история печной техники.
2.
3.
Классификация печей Классификация печей: по технологическому назначению, по
и режимов их работы
источнику получаемого тепла, по способу его генерации и
передачи, по способу утилизации тепла отходящих газов. Печи
периодического и непрерывного действия. Деление печей
согласно общей теории печей М.А. Глинкова на печитеплообменники, печи- теплогенераторы и работающие по
смешанной схеме и режимы их работы. Радиационный и
конвективный режимы работы печей теплообменников.
Масообменный и электрический режимы работы печей
теплогенератов.
Комплексная
теория
печей
Д.А.Диомидовского.
Общие
Технологический
процесс
как
целевой
процесс
в
закономерности
промышленной
печи.
Основные
рабочие
процессы
работы печей
(субпроцессы), протекающие в печах. Их взаимосвязь в
различного
промышленных
печах.
Лимитирующий
субпроцесс.
технологического
Конструкция печи и реализация печных процессов.
назначения.
4.
5.
6.
Анализ
процессов,
протекающих в печах
при
осуществлении
различных
технологий
Разновидности физико-химических превращений и их основные
характеристики.
Термодинамика и кинетика химических
реакций. Роль аэромеханического процесса в работе
промышленных печей. Основные особенности движения газов в
печах. Расчет размеров рабочего пространства. Движение
материалов. Движение расплавов в ванне плавильных печей.
Сжигание кускового топлива в шахтных печах. Сжигание
жидкого и газообразного топлива в пламенных печах. Пламя и
его значение в работе печей. Выбор топлива и методов его
сжигания. Достоинства электронагрева. Теплообмен в
различных печах. Тепловой баланс печей. Регулирование
теплообмена в печах. Расчет потерь тепла печами.
Материалы
и Основные
разновидности
огнеупорных
материалов,
элементы
клиссификация, своства и области применения. Строительные
конструкций
элементы печей. Строительные материалы и металлы,
промышленных печей применяемые для печей. Футеровка плавильных печей.
Футеровка нагревательных печей. Основные узлы и детали.
Охлаждаемые узлы и детали печей. Крепление печей.
Устройства для сжигания топлива. Устройства для
преобразования электрической энергии в тепловую. Газоходная
система печей. Газоходы и дымовые трубы. Устройства для
очистки и утилизации тепла отходящих газов.
Печи получения и
обработки металлов,
сплавов
и
неметаллических
материалов.
Обжиговые печи и сушила. Общая характеристика обжига.
Режимы работы печей.
Плавильные печи. Основные понятия, закономерности и
характеристика электроплавки. Плавильные электропечи.
Общие сведения о процессе взвешенной плавки. Принцип
работы и устройство печей плавки в жидкой ванне.
Литейные печи. Электрические печи сопротивления. Дуговые
печи. Нагревательные и термические печи. Индукционные
7.
нагревательные печи и установки.
Специальные и новые типы печей. Установки диэлектрического
нагрева. Электронно-лучевые печи. Лазерные установки.
Оптические печи.
Принципы
работы, Общие принципы работы печей для ведения различных
расчета
и технологических процессов. Приложение к расчету и
проектирования
проектированию печей. Закономерности и теории движения
промышленных печей газов и материалов, горения топлива и преобразования
электрической
энергии
в
тепловую,
теплопередачи.
Современные методы исследования, моделирования и
проектирования промышленных печей.
5.2 Разделы дисциплины
(последующими) дисциплинами
№
п/п
1.
2.
3.
Наименование
обеспечиваемых
(последующих) дисциплин
и
междисциплинарные
связи
с
обеспечиваемыми
№№ разделов данной дисциплины,
необходимых для изучения обеспечиваемых
(последующих) дисциплин
1
2
3
4
Современные
проблемы
металлургии
и
материаловедения
Промышленные печи нагрева
и термообработки
Промышленные
печи
производства металлов
+
+
+
+
+
+
+
+
+
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№
п/п
1.
Наименование раздела
дисциплины
2.
Классификация
печей
и
режимов их работы
Общие
закономерности
работы
печей
различного
технологического назначения
Анализ
процессов,
протекающих в печах при
осуществлении
различных
технологий
Материалы
и
элементы
конструкций промышленных
печей
Печи получения и обработки
металлов,
сплавов
и
неметаллических материалов
Принципы
работы,
расчета и проектирования
промышленных печей
3.
4.
5.
6.
7.
Введение
Лекций
2
Практ.
зан.
-
Лаб.
зан.
-
Семинаров
-
СРС
20
Всего
часов
22
4
12
2
-
26
44
4
18
4
-
50
76
4
20
2
-
60
86
4
14
2
-
30
50
4
18
4
-
80
106
6
10
4
-
100
120
№
п/п
6. Лабораторный практикум
№ раздела
дисциплины
Наименование лабораторных занятий
Трудоемкость
(час.)
4
1.
2.
Моделирование рудоплавильной электропечи
3.
3
2
4.
3
5.
4
6.
5
Моделирование рекуператора и его расчет на основе теории
подобия
Разработка математической модели и исследование
процесса обжига сульфидных материалов в печи КС
Изучение движения газов в отражательной печи методом
моделирования
Исследование динамики погруженной струи методом
моделирования
7.
6
Определение предельно допустимого количества дутья для
различных материалов и проверка его на модели печи КС
2
8.
7
Изучение движения материалов в барабанной печи
2
4
2
2
7. Практические занятия
№
п/п
1
№ раздела
дисциплин
ы
2,7
2
4, 5, 7
3
3,4
4
3,4
5
3,4
6
4,7
7
8
Наименование практических
(семинарских) занятий
Методика проектирования печей
Расчеты механики печных газов.
Статика и динамика газов. Расчет потерь энергии при
движении газов. Гидравлический расчет напорных
трубопроводов. Расчет дымовой трубы. Расчет истечения
жидкости и газа. Расчет эжектора. Выбор вентилятора.
Расчет свободной конвекции. Расчет конвективного
теплообмена при движении жидкости (газа) в трубах.
Расчет конвективного теплообмена при внешнем
обтекании тел. Расчет конвективного теплообмена в
регенеративных насадках.
Основы расчета передачи тепла теплопроводностью.
Стационарное тепловое состояние. Нестационарное
тепловое состояние. Метод конечных разностей.
Трудоемкость
(час.)
12
6
4
4
Основы расчета лучистого теплообмена. Расчет излучения
серых тел. Расчет лучистого теплообмена в системах с
лучепрозрачной и поглощающей средой. Расчет сложного
теплообмена
Расчет нагрева металла. Расчет нагрева тонких тел
(Bi<0,25). Расчет нагрева массивных тел (Bi>0,5).
Рекомендации по режимам нагрева металла.
4
3, 4, 7
Расчет горения топлива и выбор устройств для его
сжигания. Основы расчета горения топлива. Горелки.
Форсунки.
4
3, 5, 7
Расчет устройств для утилизации тепла уходящих
дымовых газов. Тепловой расчет рекуперативных
теплообменников.
Расчет
регенеративных
теплообменников
4
4
9
3, 5, 7
Расчета воздухонагревателей доменной печи. Расчет
котлов-утилизаторов.
4
10
3, 4, 7
Составление теплового баланса рабочего пространства
печи.
Статьи
теплового
баланса.
Основные
теплотехнические показатели тепловой работы печей.
4
11
2, 3, 4, 5, 6,
7
Расчет топливных печей.
12
Расчет горения топлива. Расчет основных размеров печи.
Тепловой баланс печи. Расчет рекуператора для подогрева
воздуха.
Выбор
горелок/форсунок.
Расчет
аэродинамического сопротивления дымового тракта.
Примеры расчета печей.
12
3, 6, 7
Расчет электрических печей.
4
13
3, 6, 7
Расчет электропечей сопротивления. Расчет нагревателей
электропечей сопротивления. Примеры расчета печей.
8
14
3, 6, 7
Расчет, индукционных установок Расчет индуктора
установки сквозного нагрева. Примеры расчета печей.
8
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ) Не предусмотрены учебным
планом.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература
1.Прокопенко Н.И.Основы теории тепловых процессов и машин. Ч.1.- М.: Металлургия, 2006.
2.Прокопенко Н.И.Основы теории тепловых процессов и машин. Ч.2.- М.: Металлургия, 2006.
3.Мельников Ю.С. В помощь инженеру-проектировщику. – Ижевск.: Высшая школа, 2002.
4.Рыбенко И.А. Статистические характеристики случайных величин. Построение уравнений
линейной регрессии: Метод. указ.- СибГИУ.: Новокузнецк, 2006.
б) дополнительная литература
1Кривандин В.А. Металлургическая теплотехника. Т.1. Теоретические основы. Учебник для вузов
/В.А. Кривандин, В.Д. Адутюнов, Б.С. Мастрюков и др. - М.: Металлургия, 1986.
2.Кривандин В.А. Металлургическая теплотехника. Т.2. конструкция и работа печей. Учебник для
вузов /В.А. Кривандин, И.Н. Неведомская, В.В. Кобахидзе и др. - М.: Металлургия, 1986.
3.Гальнбек А.А. Расчеты пирометаллургических процессов и аппаратура цветной металлургии./
Гальнбек А.А., Л.М. Шалыгин, Ю.Б. Шмонин.- Челябинск.: Металлургия, 1990.
4.Исламов М.Ш. Проектирование эксплуатация промышленных печей. - Л.: Химия, 1986.
5.Карклит А.К. Огнеупорные изделия, материалы и сырье. Справ. изд. /карклит А.К., пориныш
Н.М., Каторгин Г.М. и др. 4-е изд. Перераб. и дополн. -М.: Металлургия, 1990.
6.Д.А. Диомидовский Металлургические печи. -М.: Металлургия, 1970.
7.Ентус Н.Р. Трубчатые печи в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности./
Ентус Н.Р., Шарихин В.В. -М.: Химия, 1987.
8.Мастрюков Б.А.
Теория конструкции и расчеты металлургических печей. Т.2.- М.:
Металлургия, 1986.
9.Злобин Б.Ф.Теплотехнические расчеты металлургических печей./ Б.Ф. Злобин, М.Б. Князев, Б.И.
Китаев и др. -М.: Металлургия, 1982.
10.Диомидовский Д.А. Расчеты пиропроцессов и печей цветной металлургии. /Д.А. Диомидовский,
Л.М. Шалыгин, А.А. Гальнбек и др. - М.: Металлургиздат, 1963.
11.Стрелов К.К. Технология огнеупоров. / Стрелов К.К.. Кащеев И.Д., Мамыкин П.С. -М.:
Металлургия, 1988.
12.Гурова М.Н. Огнеупорные изделия, материалы и сырье. Справочник. / Гурова М.Н.,
Деревянченко Л.Д., Каркант А.К., Каторгин Г.М. - М.: Металлургия, 1977.
в) программное обеспечение
Операционные системы Windows, стандартные офисные программы.
г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
http://www.chem.msu.su/cgi-bin/tkv.pl.
http://www.twirpx.com.
http://www.sciteclibrary.ru/.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Использование материалов и приборов лаборатории кафедры печных технологий и
природных энергоносителей, показ видеоматериалов. Использование студентами для
самостоятельной работы разработанных на кафедре учебников и учебных пособий. Использование
материалов и приборов лаборатории кафедры печных технологий и природных энергоносителей, в
т.ч.: электропечь трубчатая ПТК-1,2-40, электропечь трубчатая ПТ-1,2-40, расходомер-счетчик
газа РГС-2, воздуходувка Bosch ALS.250.600.8A1.000, электрохимический газоанализатор АГМ510, анализатор гранулометрический AS200 control, весы порционные электронные NP-1000S
A&D. Использование студентами для самостоятельной работы разработанных на кафедре
учебников и учебных пособий.
Для реализации практических занятий по дисциплине кафедра располагает компьютерным
классом.
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины
Преподавание дисциплины основано на организации внутри дисциплины и
междисциплинарных образовательных модулей, представляющих совокупность теоретических
представлений и практических навыков по каждой дидактический единице во взаимосвязи с
последующими и смежными дисциплинами, целью которых является приобретение магистрантом
компетенций, знаний и умений, установленных ФГОС ВПО для направления 150100
«Металлургия».
Текущий контроль успеваемости и промежуточная аттестация является совокупностью
данных по успешности выполнения магистрантом требований ФГОС ВПО, учебного плана,
примерной учебной программы (посещение теоретических и практических занятий,
своевременное выполнение заданий по самостоятельной работе).