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