Программа по выбору аспиранта (Моделирование)

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ
КОЛЬСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА
РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
Аспирантура
УТВЕРЖДАЮ
Директор института, академик
______________ Н.Н.Мельников
«___»____________2013 г.
Протокол Ученого совета
№___ от «___»___________2013 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине по выбору аспиранта ОД.А.04
«Математическое и компьютерное моделирование процессов разделения минералов»
для подготовки аспирантов по специальности
25.00.13 «Обогащение полезных ископаемых»
Апатиты
2013
1. Область применения программы
Дисциплина «Математическое и компьютерное моделирование процессов
разделения минералов» для аспирантов и соискателей знакомит с основами научных
знаний и методов моделирования процессов разделения минералов. Эти знания могут
быть использованы специалистами в их деятельности в различных научных,
народнохозяйственных и учебных организациях.
Рабочая программа по дисциплине по выбору «Математическое и компьютерное
моделирование процессов разделения минералов»
является обязательной частью
основной
профессиональной
образовательной
программы
послевузовского
профессионального образования (аспирантура) по специальности 25.00.13 «Обогащение
полезных ископаемых».
2. Место дисциплины в структуре основной профессиональной
образовательной программы послевузовского профессионального образования
(ООП)
Дисциплина по выбору «Математическое и компьютерное моделирование
процессов разделения минералов» входит в раздел обязательных дисциплин (шифр
ОД.А.04).
3. Рекомендуемое количество часов на освоение программы дисциплины.
Программа рассчитана на преимущественно самостоятельное изучение аспирантом
дисциплины. Количество времени на изучение дисциплины в соответствии с
Федеральными государственными требованиями к структуре основной профессиональной
образовательной
программы
послевузовского
профессионального
образования
(аспирантуры) согласно Приказу Минобрнауки РФ №1365 от 16 марта 2011 г.
складываются за счет времени, отведенного на изучение факультативных дисциплин.
Максимальная учебная нагрузка аспиранта - 180 часов, в том числе: обязательной
аудиторной учебной нагрузки аспиранта - 6 часов; самостоятельной работы аспиранта 174 часа.
4. Структура и содержание дисциплины
4.1. Объем дисциплины и виды учебной работы
Таблица 1
Объем учебной работы по дисциплине
Виды занятий
Курс
1
Лекционные, ч.
Практические, ч.
Самостоятельная работа, ч
Всего часов по дисциплине (180)
6
174
180
Содержание предмета
Дисциплина охватывает основополагающие разделы физики жидкости и
процессов переноса, теории подобия, динамики многофазных сред, математического
моделирования, теории сепарационных процессов, а также прикладные компьютерные
методы разработки и использования математических моделей сепарационных процессов.
Программа составлена с учетом современных тенденций развития научных знаний в
области моделирования сепарационных процессов, одобрена Ученым советом института.
Таблица 2
№
п/п
1
2
3
Наименование и содержание раздела
Математическое моделирование. Модели, основанные на
фундаментальных законах природы: сохранение массы
(уравнение
Буссинеска),
энергии,
числа
частиц.
Вариационные принципы и иерархии моделей: уравнения
движения в формах Ньютона и Лагранжа, принцип
Гамильтона, электромеханическая аналогия, распределения
Больцмана
и
Максвелла,
Н-теорема.
Исследование
математических моделей: методы подобия и осреднения,
принцип максимума и теоремы сравнения. Дискретные
модели:
формальная
аппроксимация,
интегроинтерполяционный метод, принцип полной консервативности,
разностные схемы.
Элементы теории подобия. Краевые задачи и уравнения
энергии, движения и сплошности в безразмерных величинах.
Числа подобия и уравнения подобия. Критерии Рейнольдса и
Грасгофа (число Архимеда). Число Эйлера. Условия подобия
физических процессов.
Динамика многофазных сред. Феноменологическая теория
многоскоростного континуума. Понятия осреднения по фазам.
Осредненные уравнения импульсов и энергий фаз.
Гидромеханика
монодисперсных
смесей.
Учет
полидисперсности дисперсных смесей. Механика процессов
около дисперсных частиц, капель и пузырьков. Элементы
волновой динамики жидкости.
Модели сепарационных процессов в прикладных
компьютерных CFD программах. Разработка сеточной
геометрии и возможности существующих сеточных
генераторов.
Значение
и
формулировка
условий
однозначности математических моделей переходных и
стационарных процессов. Математические модели процессов
турбулентности: усредненный и средний по ансамблю
подходы Рейнольдса в уравнениях Навье-Стокса, модель
Буссинеска. Модель Спаларта-Аллмараса. Стандартные
модели турбулентности. Переносные модели турбулентности.
Моделирование дискретных фаз: теория движения частиц,
коэффициент
сопротивления,
явления дробления
и
коалесценции. Модели многофазных потоков: VOF – модель,
модель смеси, модель Эйлера.
Элементы теории сепарационных процессов. Фракционный
состав
минеральных
продуктов
и
сепарационные
характеристики обогатительных аппаратов и схем: диапазон
изменения физических свойств смесей минералов и сростков,
идеальная и неидеальная сепарация, граница разделения,
интегральные формулы расчета технологических показателей
Кол-во часов
Лекц. Самост.
работа
2
48
2
54
2
72
обогащения. Закономерности движения минеральных частиц
в обогатительных аппаратах: поле усредненных скоростей,
закон сохранения узкой фракции, баланс сил единицы объема
узкой фракции, уравнение сепарации. Сепарационные
характеристики обогатительных аппаратов: сепарационные
характеристики для стесненных и полустесненных условий,
выбор меры обогатимости. Нахождение сепарационных
характеристик.
Математические модели при анализе и расчете
промышленных схем. Свойства групп частиц и функции
распределения. β распределение при разделении минералов.
Математические модели отдельных видов оборудования для
процессов классификации, дробления, обезвоживания,
гравитационного разделения, магнитной сепарации и
флотации. Моделирование простейших технологических схем
с
использованием
технологии
«черного
ящика».
Интегрированные технологические схемы обогащения.
Всего 180 ч
6
174
5. Форма контроля знаний и их содержание
Таблица 3
Форма контроля знаний и их содержание
Наименование и содержание формы контроля
Срок выполнения
Зачет
В соответствии с индивидуальным
планом.
Основная литература
1.
2.
3.
Самарский А.А., Михайлов А.П. Математическое моделирование: Идеи. Методы.
Примеры. 2-е изд., испр. - М.: Физматлит, 2001.
Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч. I и II - М.: Наука. Гл. ред.
Физматлит., 1987.
King R.P. Modeling and Simulation of Mineral Processing Systems. – Department of
Metallurgical Engineering University of Utah, USA. 2001.
Дополнительная литература
1.
2.
3.
4.
5.
Тихонов О.Н. Теория сепарационных процессов. Учебное пособие. СПб. 2003.
Ламб Г. Гидродинамика. П.р. Слезкина Н.А., ОГИЗ, М. 1947.
Гартман Т.Н. Основы компьютерного моделирования химико-технологических
процессов. Учебное пособие. М. ИКЦ «Академкнига». 2006.
Дворецкий С.И., Егоров А.Ф., Дворецкий Д.С. Компьютерное моделирование и
оптимизация технологических процессов и оборудования. Учебное пособие. Тамбов.
ТГТУ, 2003.
Новый справочник химика и технолога. П.р. Островского Г.М. в двух томах. СПб.
АНО НПО «Профессионал». 2004.