Теплофизика двухфзных сред - Московский государственный

Министерство образования Российской Федерации
Московский государственный технический университет им.Н.Э.Баумана
Дисциплина
Теплофизика двухфазных сред
(учебная программа)
Выделено на дисциплину
Выделено часов
Аудиторная работа
Лекции
Семинары
Лабораторные работы
Самостоятельная работа
Курсовой проект
Самостоятельная проработка курса,
подготовка к контрольным мероприятиям
Выполнение домашних заданий
ДЗ № 1
ДЗ № 2
Виды отчетности по дисциплине
Зачеты по курсовому проекту
Зачет по курсу
Экзамены
ВСЕГО
102 час.
68 час.
34 час.
17 час.
17 час.
34 час.
17 час.
X семестр
102 час.
68 час.
34 час.
17 час.
17 час.
34 час.
17 час.
17 час.
8 час., 7 нед.
9 час., 15 нед.
17 час.
8 час., 7 нед.
9 час., 15 нед.
Э
Э
ПРОГРАММА
по курсу " ТЕПЛОФИЗИКА ДВУХФАЗНЫХ СРЕД "
для специальности "Теплофизика" Э6
Основные цели и задачи дисциплины - освоение студентами законов переноса
теплоты и массы в паро–жидкостных двухфазных средах, основных концепций и гипотез, сведений о современном состоянии научных исследований в данной области и
наиболее актуальных для практики нерешенных проблемах; привитие студентам
практических навыков решения типичных задач, в том числе – с использованием
средств компьютерной алгебры; привитие студентам практических навыков исследования процессов, протекающих в двухфазных средах. Термогидродинамические процессы, протекающие с изменением агрегатного состояния, являются рабочими
процессами тепловой и атомной энергетики, широко используются в термостатирующем и охлаждающем оборудовании различного назначения, поэтому в задачи курса
входит ознакомление студентов с наиболее типичными проблемами практического
применения двухфазных сред.
Курс теплофизики двухфазных сред включает углубленное рассмотрение термодинамики фазовых переходов и видов равновесия, гидродинамики двухфазных потоков, тепломассообмена при изменении агрегатного состояния. Основное внимание
в курсе уделено освещению наиболее достоверных подходов к приближенному описанию термогидродинамических процессов и анализу границ применимости тех или
иных расчетных методов. Практические приложения рассматриваются, главным образом, применительно к системам обеспечения теплового режима тяжелых космических станций.
При освоении курса студенты должны уметь использовать аппарат математического анализа, термодинамики, методы решения задач механики твердого тела,
жидкости и газа, программные среды компьютерной алгебры, навыки работы с графическими материалами.
Лабораторный практикум предусматривает исследование процессов тепломассопереноса на лабораторной базе кафедры Э6.
2
ВВЕДЕНИЕ:
1 час.
Двухфазные среды в природе и технике
УРАВНЕНИЯ ТЕРМОГИДРОДИНАМИКИ ДВУХФАЗНЫХ СРЕД, УСЛОВИЯ ОДНОЗНАЧНОСТИ, ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ДВУХФАЗНЫХ ПОТОКОВ:
5 час.
Динамические и тепловые взаимодействия между фазами, межфазная граница
и условия взаимодействия на ней, параметры, характеризующие количественные соотношения между фазами, скольжение
ПОДОБИЕ ТЕРМОГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ:
2 час.
Модификация канонических критериев подобия применительно к межфазным
процессам, критерии Бонда, Вебера, Марангони, Тейлора, Кутателадзе, симплексные
соотношения
ТЕПЛООБМЕН ПРИ ПЛАВЛЕНИИ (ЗАДАЧА СТЕФАНА)
2 час.
ТЕРМОГИДРОДИНАМИКА ПРИ ПЛЕНОЧНОЙ КОНДЕНСАЦИИ
6 час.
Конденсация неподвижного пара (задача Нуссельта): ламинарная пленка, турбулентная пленка. Конденсация на внешней поверхности трубы. Конденсация движущегося
пара:
внешняя
задача,
внутренняя
задача.
Тепломассообмен
и
гидродинамика при конденсации пара из парогазовой смеси.
ТЕПЛООБМЕН ПРИ КАПЕЛЬНОЙ КОНДЕНСАЦИИ
2 час.
ТЕПЛООБМЕН И ГИДРОДИНАМИКА ПРИ КИПЕНИИ
8 час.
Режимы кипения и кривая кипения в большом объеме. Центры парообразования. Плотность центров парообразования (по Лабунцову). Внутренние характеристики: закон роста пузыря, отрывной диаметр, частота отрыва. Условия закипания (по
Сю и Розенау). Развитое пузырьковое кипение: модели Кутателадзе (гидродинамическая), Кутателадзе-Леонтьева, Лабунцова (микрослоевая модель). Расчетные соотношения. Влияние различных факторов на теплообмен при пузырьковом кипении.
Кризисы теплоотдачи при кипении (модель Кутателадзе). Пленочное кипение (модель Кутателадзе-Бромли). Кипение в переходном режиме.
ТЕРМОГИДРОДИНАМИКА ПРИ КИПЕНИИ В КАНАЛАХ
6 час.
Структуры двухфазных течений в вертикальных и горизонтальных трубах, карты двухфазных потоков. Подобие в двухфазных течениях. Модели двухфазного потока (гомогенное течение, раздельное течение). Модель Локкарта-МартинеллиНельсона. Теплообмен в двухфазных потоках. Кризисы теплообмена в двухфазных
3
потоках. Особенности конвективного теплообмена при микрогравитации. Процессы
переноса теплоты в системах обеспечения теплового режима космических аппаратов.
СЕМИНАРСКИЕ ЗАНЯТИЯ
17 час.
1. Расчет теплообмена при конденсации
4 час.
2. Расчет теплообмена при кипении
4 час.
3. Расчет гидравлических параметров двухфазных потоков
4 час.
4. Расчет режимных карт
5 час.
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
17 час.
1. Исследование теплообмена при конденсации
8 час.
2. Исследование теплообмена при кипении
9 час.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ ВНЕАУДИТОРНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ - 34 часов
1. Работа с учебниками проработка лекционного материала
17 час.
2. Подготовка и выполнение домашних заданий
17 час.
1
Расчет теплообмена при конденсации и кипении
8 час.
7 нед.
2
Расчет карты режимов течения двухфазного потока
9 час.
15 нед.
6. Подготовка к контрольным работам, коллоквиумам, экзамену.
4
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ ЛИТЕРАТУРА ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Основная литература
1. Диев М.Д. Теплообмен и гидродинамика при движении двухфазного по-
тока в условиях микрогравитации/ Под ред. А.И.Леонтьева.- М.: Изд-во
УНПЦ "Энергомаш", 2000.- 148 с.
2. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена.- М.: Атомиздат, 1979.- 416 с.
3. Теория тепломассообмена/ Под ред. А.И.Леонтьева.- М.: Изд-во МГТУ им.
Н.Э.Баумана, 1997.- 683 с.
Дополнительная литература
1. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жид-
костей.- М.: Наука, 1972.- 720 с.
2. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление:
Справочное пособие.- М.: Энергоатомиздат, 1990.- 367 с.
3. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред.- М.: Наука, 1987.- Т. 1, 2.
4. Практикум по технической термодинамике и теории тепломассообме-
на// Под ред. В.И.Крутова и Е.В.Шишова.- М.: Высшая школа, 1987.
5. Теплообмен и гидродинамика двухфазных потоков в атомной и тепло-
вой энергетике/ Дж.Делайе, М.Гио, М.Ритмюллер.- М.: Энергия, 1984.- 424 с.
5