Тепломассоперенос - Основные образовательные программы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Физико-технический институт
Кафедра микро- и нанотехнологий
А.А. Кислицын
ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОС
Учебно-методический комплекс.
Рабочая программа для студентов направления 28.03.01
Нанотехнологии и микросистемная техника,
очная форма обучения
Тюменский государственный университет
2015
Кислицын Анатолий Александрович. Тепломассоперенос. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 28.03.01– «Нанотехнологии и микросистемная техника»; очная форма обучения. Тюмень, 2015. 16 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВО с учетом рекомендаций и ОП ВО по направлению подготовки.
Рабочая программа дисциплины (модуля) опубликована на сайте ТюмГУ: Оптика [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.umk3.utmn.ru, свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой микро- и нанотехнологий. Утверждено директором
физико-технического института.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: зав. кафедрой микро- и нанотехнологий, д.ф.-м.н.,
профессор Кислицын А.А.
© ФГБОУ ВПО Тюменский государственный университет, 2015.
© А.А. Кислицын, 2015.
3
1.
Пояснительная записка, которая содержит:
1.1. Цели и задачи дисциплины (модуля)
Цель дисциплины:
– дать студентам систематические знания по одному из основных разделов профессиональной инженерной подготовки: о переносе тепла и массы в технологических и природных процессах и о методах их решения.
Задачи учебного курса:
– изучение экспериментальных фактов, лежащих в основе теории тепломассообмена, вывод уравнений теплопроводности и диффузии, освоение методов решения стационарных и нестационарных задач тепломассопереноса, задач с фазовыми переходами, изучение теории подобия и безразмерных параметров тепломассопереноса, теории и экспериментальных результатов исследования конвективного и лучистого теплообмена, а также
тепломассообмена при испарении, кипении и конденсации.
1.2. Место дисциплины в структуре образовательной программы
Курс дисциплины "Тепломассоперенос" базируется на следующих общих математических и естественнонаучных дисциплинах: механика, молекулярная физика, электричество и магнетизм, оптика, математический анализ, дифференциальные уравнения, линейная
алгебра, математические методы моделирования физических процессов, теория функций
комплексной переменной, информатика.
Освоение дисциплины "Тепломассоперенос" необходимо при последующем изучении дисциплин "Тепломассообмен в тонкопленочных структурах", "Термодинамические
свойства наноматериалов", "Физико-химические основы процессов микро- и нанотехнологий".
Таблица 1.
Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№
п/п
Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1.
Тепломассообмен в тонкопленочных
структурах
Термодинамические свойства наноматериалов
Физико-химические основы процессов
микро- и нанотехнологий
2.
3.
Темы дисциплины необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1.1.
1.2.
1.3.
2.1.
2.2.
2.3.
3.1.
3.2.
3.3.
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
1.3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения данной
образовательной программы
В результате освоения ОП выпускник должен обладать следующими компетенциями:
– способность проводить физико-математическое моделирование исследуемых процессов нанотехнологии и объектов нано- и микросистемной техники с использованием современных компьютерных технологий (ПК-1);
– способность представлять адекватную современному уровню знаний научную картину мира на основе знания основных положений, законов и методов естественных наук и
математики (ОПК-1);
– способность выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе
профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физикоматематический аппарат (ОПК-2).
4
1.4. Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине:
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать: физические основы тепломассопереноса, виды тепломассообмена, вывод
уравнений теплопроводности, диффузии и фильтрации, постановку задач тепломассопереноса, основные безразмерные параметры тепломассопереноса (числа Фурье, Пекле, Нуссельта, Рейнольдса, Био, Прандтля, Грасгофа, Рэлея, Якоба, Стефана и их физический
смысл), методы и результаты решения важнейших стационарных и нестационарных задач
тепломассопереноса, основные особенности тепломассообмена при испарении, кипении и
конденсации.
Уметь: формулировать физическую и математическую постановку конкретных задач тепломассопереноса (систему уравнений и граничных условий), находить точные и
(или) приближенные решения этих задач, выполнять теплофизические расчеты по определению плотности теплового потока, термического сопротивления и коэффициента конвективного теплообмена.
Владеть: навыками решения важнейших стационарных и нестационарных задач
тепломассопереноса, а также экспериментального определения важнейших теплофизических
параметров: теплопроводности и теплоемкости.
2.
Структура и трудоемкость дисциплины.
Семестр 4 . Форма промежуточной аттестации экзамен. Общая трудоемкость дисциплины составляет 6 зачетных единиц, 216 академических часов, из них 220,65 часов, выделенных на контактную работу с преподавателем (включая иные виды работ - 4,65 час.),
103,35 часов, выделенных на самостоятельную работу.
Таблица 2.
Вид учебной работы
Всего часов
Аудиторные занятия (всего)
108
В том числе:
Лекции (Л)
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа (всего)
36
36
36
54
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)
Общая трудоемкость, час
3.
Э.
216
Тематический план.
Таблица 3.
Лекции
Семинарские
(практические)
занятия
Лабораторные
занятия
Самостоятельная работа*
1
Модули и темы
недели семестра
№
Виды учебной работы и самостоятельная работа, в час.
2
3
4
5
6
7
1-3
8
Из них
в интерактивной
форме,
час
Итого
часов
по теме
Итого
количество баллов
8
9
10
15
0-8
Модуль 1
1.1.
Основные уравнения теории теп-
7
5
1.2.
1.3.
ломассопереноса.
Стационарные задачи теории теплопроводности.
Стационарный метод измерения
коэффициента теплопроводности.
Всего
1-3
8
1-3
7
11
15
0-6
8
8
11
16
0-6
1-3
8
8
8
22
22
46
20
4-11
10
10
9
12
18
41
0-20
4-11
4
4
12
8
20
0-8
4-11
4
4
9
12
10
29
0-12
5-11
18
18
18
36
36
90
40
Безразмерные параметры тепломассообмена.
Конвективный теплообмен.
12-18
6
6
8
6
20
0-10
12-18
6
6
16
20
44
0-20
Тепломассообмен при испарении,
кипении и конденсации.
Всего
12-18
4
4
8
6
16
0-10
12-18
16
16
16
32
32
80
40
42
42
42
90
90
216
0 – 100
Модуль 2
2.1.
2.2.
2.3.
Нестационарные задачи теории
теплопроводности.
Задачи с фазовыми переходами
промерзания и протаивания.
Теплообмен излучением.
Всего
Модуль 3
3.1.
3.2.
3.3.
Итого (часов, баллов):
16
*Самостоятельная работа – включая иные виды работ
4.
Виды и формы оценочных средств в период текущего контроля
Таблица 4.
Лабораторная работа
Контрольная работа
Решение задач на практическом занятии
Выполнение домашнего задания
Электронный практикум
2
Письменные работы
Ответ на семинаре
1
Устный опрос
Собеседование
Модули и темы
Коллоквиумы
№
Информационные системы и технологии
3
4
5
6
7
8
9
10
0-2
0-6
Итого
кол-во
баллов
11
Модуль 1
1.1.
1.2.
1.3.
Основные уравнения теории
тепломассопереноса.
Стационарные задачи теории
теплопроводности.
Стационарный метод измерения коэффициента теплопроводности.
Всего
0-8
0-6
0-6
0-6
0-6
0-2
0-6
0-6
0-6
0-2
0-4
0-6
0-4
0-2
0-4
0-20
Модуль 2
2.1.
2.2.
Нестационарные задачи теории
теплопроводности.
Задачи с фазовыми переходами
промерзания и протаивания.
0-2
0-4
0-20
0-8
6
2.3.
Теплообмен излучением.
Всего
0-2
0-4
0-6
0-12
0-2
0-4
0-6
0-4
0-2
0-12
0-10
0-6
0-40
0-2
0-2
0-10
0-4
0-20
Модуль 3
3.1.
3.2.
3.3.
Безразмерные параметры тепломассообмена.
Конвективный теплообмен.
Тепломассообмен при испарении, кипении и конденсации.
Всего
Итого
5.
0-4
0-12
0-10
0-10
0-2
0-8
0-12
0-2
0-6
0-10
0-40
010
0-26
0-24
0-18
0-12
0-10
0 – 100
Содержание дисциплины
Тема 1.1. Основные уравнения теории тепломассопереноса. Основные понятия и
общие закономерности процессов тепломассопереноса. Виды тепломассопереноса. Стационарные и нестационарные температурные поля. Закон Фурье. Коэффициенты тепло- и температуропроводности. Уравнение теплопроводности. Классификация граничных условий.
Одномерное уравнение теплопроводности для тонкого стержня или трубы с конвективным переносом тепла и с теплообменом на боковой поверхности. Закон Фика и уравнение
диффузии. Закон Дарси и уравнение фильтрации.
Тема 1.2. Стационарные задачи теории теплопроводности. Стационарные температурные поля в пластине, в цилиндрической и сферической областях, в плоской и цилиндрической стенках при различных граничных условиях. Стационарное одномерное температурное поле с объемными источниками тепла. Задача о притоке жидкости к скважине.
Тема 1.3. Стационарный метод измерения коэффициента теплопроводности.
Классификация методов измерения теплофизических параметров. Лабораторная работа
№1.
Тема 2.1. Нестационарные задачи теории теплопроводности. Методы решения
нестационарных задач. Метод разделения переменных. Операторный (операционный) метод. Фундаментальное решение уравнения теплопроводности и его физический смысл.
Использование функций Грина для решения нестационарных задач теории теплопроводности. Температурное поле неподвижного непрерывного источника. Функция ошибок Гаусса. Температурное поле движущегося непрерывного источника. Нестационарное одномерное температурное поле в неограниченной, полуограниченной и ограниченной среде.
Температурное поле линейного неподвижного источника. Интегральная показательная
функция. Нагрев и охлаждение плоской пластины (плоской стенки), сплошного и полого
цилиндров (цилиндрической стенки), шара при различных граничных условиях. Примеры.
Температурные волны. Лабораторная работа №2.
Тема 2.2. Задачи с фазовыми переходами промерзания и протаивания. Общая
постановка задачи. Условие Стефана. Задача о промерзании влажного грунта (классическая задача Стефана). Приближенные методы решения задачи Стефана. Метод Лейбензона. Задача о промерзании трубопровода. Задачи промерзания-протаивания во влажных
грунтах с учетом неполного замерзания воды.
Тема 2.3. Теплообмен излучением. Основные закономерности лучистого теплообмена (законы Стефана-Больцмана и Кирхгофа; коэффициенты поглощения, отражения и
пропускания; степень черноты). Классические задачи теплообмена излучением (теплообмен между двумя плоскими параллельными пластинами; теплообмен между двумя поверхностями тел в замкнутом пространстве). Примеры. Особенности излучения и поглощения в газах. Лабораторная работа №3.
Тема 3.1. Безразмерные параметры тепломассообмена. Теория подобия. Числа
7
Фурье, Пекле, Нуссельта, Био, Рейнольдса, Прандтля, Грасгофа, Рэлея, Фруда, Струхала,
Якоба, Стефана и их физический смысл.
Тема 3.2. Конвективный теплообмен. Особенности конвективного теплообмена и
факторы, влияющие на его интенсивность (вид конвекции: свободная или вынужденная;
режим течения: ламинарный или турбулентный; физические свойства жидкости или газа;
форма и состояние поверхности). Система уравнений, условия замыкания, аналогия Рейнольдса. Критериальные уравнения конвективного теплообмена. Теория пограничного
слоя. Основные уравнения динамического и теплового пограничных слоев. Теплообмен и
трение при обтекании плоской пластины. Теплообмен и трение при градиентных течениях. Описание свободной конвекции. Теплообмен при свободной конвекции. Теплообмен
при течении в трубах и каналах. Влияние переменности свойств на теплообмен. Методы
интенсификации теплообмена (оребрение поверхностей и др.). Задачи конвективного теплообмена. Примеры. Лабораторные работы №№4-6.
Тема 3.3. Тепломассообмен при испарении, кипении и конденсации. Задачи
тепло- и массообмена в двухфазных средах. Испарение, кипение, конденсация. Физические
процессы, происходящие при испарении. Скорость испарения. Температура поверхности
при испарении. Испарение воды. Влажный воздух. Скорость сушки. Испарение нефтепродуктов. Особенности тепломассообмена при кипении. Пузырьковое и пленочное кипение.
Физические процессы и тепломассообмен, происходящие при конденсации. Критериальные уравнения массообмена.
6.
Планы семинарских занятий.
Тема 1.1. Стационарное температурное поле и тепловой поток через плоскую стену
при граничных условиях 1-го, 2-го и 3-го рода. Расчетные задачи на определение стационарного теплового потока через плоскую стену.
Тема 1.1. Стационарное температурное поле и тепловой поток в задачах с цилиндрической симметрией при граничных условиях 1-го и 2-го рода. Расчетные задачи на определение стационарного теплового потока в объектах с цилиндрической симметрией.
Тема 1.1. Стационарное температурное поле и тепловой поток в задачах со сферической симметрией в ограниченной и неограниченной среде при граничных условиях 1-го и 2го рода. Расчетные задачи на определение стационарного теплового потока в объектах со
сферической симметрией.
Тема 1.1. Стационарное температурное поле в проводнике с электрическим током.
Тема 1.2. Стационарная задача о притоке жидкости к скважине.
Тема 1.3. Расчетные задачи теплообмена при свободной конвекции в неограниченном объеме.
Тема 2.1. Расчетные задачи теплообмена при свободной конвекции в ограниченном
пространстве.
Тема 2.2. Расчетные задачи лучистого теплообмена.
Тема 2.3. Нестационарное температурное поле точечного источника тепла.
Тема 2.3. Одномерные нестационарные температурные поля.
Тема 3.1. Задача о промерзании и протаивании грунта (классическое решение).
Тема 3.1. Задача о промерзании трубопровода (квазистационарное решение).
Тема 3.2. Тепломассообмен при испарении, кипении и конденсации.
Тема 3.3. Критериальные уравнения тепломассообмена при испарении, кипении и
конденсации.
7.
Темы лабораторных работ
Лабораторная работа №1. Измерение коэффициента теплопроводности твердых
материалов стационарным методом.
Лабораторная работа №2. Измерение коэффициентов тепло- и температуропро8
водности твердых материалов методом температурных волн.
Лабораторная работа №3. Определение коэффициента излучения электропроводящих материалов калориметрическим методом.
Лабораторная работа №4. Исследование теплоотдачи при естественной конвекции около горизонтального цилиндра.
Лабораторная работа №5 Исследование теплоотдачи при естественной конвекции
около вертикального цилиндра.
Лабораторная работа №6 Исследование теплоотдачи при вынужденном движении
воздуха в трубе.
8.
Примерная тематика курсовых работ
Курсовые работы не предусмотрены учебным планом
9. Учебно-методическое обеспечение и планирование самостоятельной работы студентов
Таблица 5.
№
Модули и темы
Виды СРС
обязательные
дополнительные
Неделя
семестра
Объем
часов*
Кол-во
баллов
Модуль 1
1.1.
Основные уравнения теории
тепломассопереноса.
1. Работа с учебной литературой.
Докладпрезентация
1
6
0-4
Докладпрезентация
1-2
6
0-6
Докладпрезентация
2-3
6
0-10
2. Выполнение домашнего
задания.
3. Проработка лекций
1.2.
Стационарные
задачи теории
теплопроводности.
1. Работа с учебной литературой.
2. Выполнение домашнего
задания.
3. Проработка лекций
1.3.
Стационарный
метод измерения
коэффициента
теплопроводности.
1. Работа с учебной литературой.
2. Выполнение домашнего
задания.
3. Проработка лекций
Всего по модулю 1:
18
0-12
Модуль 2
2.1.
Нестационарные
задачи теории
теплопроводности.
1. Работа с учебной литературой.
Докладпрезентация
3-5
6
0-18
Докладпрезентация
6-7
6
0-16
2. Выполнение домашнего
задания.
3. Проработка лекций
2.2.
Задачи с фазовыми переходами промерзания
и протаивания.
1. Работа с учебной литературой.
2. Выполнение домашнего
задания.
3. Проработка лекций
9
2.3.
Теплообмен излучением.
1. Работа с учебной литературой.
Докладпрезентация
8-9
6
0-16
18
0-50
2. Выполнение домашнего
задания.
3. Проработка лекций
Всего по модулю 2:
Модуль 3
Докладпрезентация
10
6
0-10
Докладпрезентация
11
6
0-10
Докладпрезентация
12
6
0-10
Всего по модулю 3:
18
0-30
ИТОГО:
54
0-100
3.1
Безразмерные
параметры тепломассообмена.
1. Работа с учебной литературой.
2. Выполнение домашнего
задания.
3. Проработка лекций
3.2
Конвективный
теплообмен.
1. Работа с учебной литературой.
2. Выполнение домашнего
задания.
3. Проработка лекций
3.3
Тепломассообмен при испарении, кипении и
конденсации.
1. Работа с учебной литературой.
2. Выполнение домашнего
задания.
3. Проработка лекций
*Самостоятельная работа – включая иные виды работ
10. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации по
итогам освоения дисциплины (модуля)
Примерные вопросы к аттестации
1.Температурное поле. Градиент температуры. Основной закон теплопроводности
(закон Фурье).
2.Уравнение теплопроводности в неподвижной среде.
3.Уравнение теплопроводности в движущейся среде.
4.Начальные и граничные условия для уравнения теплопроводности; классификация
граничных условий.
5.Одномерное уравнение теплопроводности для тонкого стержня или трубы с конвективным переносом тепла и с теплообменом на боковой поверхности.
6.Безразмерные параметры тепломассопереноса. Числа Фурье, Пекле, Нуссельта,
Рейнольдса, Прандтля, Грасгофа и Рэлея.
7.Конвективный теплообмен; факторы, влияющие на его интенсивность. Теплообмен при свободной и вынужденной конвекции.
8.Основные закономерности лучистого теплообмена. Особенности излучения и поглощения в газах.
9. Классические задачи стационарного теплообмена излучением: теплообмен между двумя плоскими параллельными пластинами; теплообмен излучением между двумя поверхностями тел в замкнутом пространстве
10. Закон Фика и уравнение диффузии в неподвижной и в движущейся среде.
11. Пористая среда и ее свойства. Закон Дарси.
10
12. Уравнение фильтрации жидкости в пористой среде (уравнение пьезопроводности).
13.Стационарное температурное поле и тепловой поток в плоской пластине (граничные условия 1-го, 2-го и 3-го рода).
14.Стационарное температурное поле и тепловой поток через многослойную плоскую
стенку.
15.Стационарное температурное поле в цилиндрической области (граничные условия
1-го и 2-го рода). Стационарный тепловой поток через многослойную цилиндрическую
стенку.
16.Стационарное температурное поле сферического источника тепла в ограниченной
и в неограниченной среде (граничные условия 1-го и 2-го рода).
17.Стационарная одномерная осесимметричная задача фильтрации (задача о притоке
жидкости к скважине).
18.Стационарное температурное поле в проводнике с электрическим током.
19.Фундаментальное решение уравнения теплопроводности; его физический смысл.
20.Температурное поле непрерывного неподвижного точечного источника в неограниченной среде. Функция ошибок Гаусса (функция erf(x)).
21.Температурное поле мгновенного плоского источника в неограниченной среде.
22.Температурное поле непрерывного плоского источника. Нагрев полуограниченной среды постоянным потоком тепла.
23. Нестационарное одномерное температурное поле в полуограниченной среде с
заданной постоянной температурой на поверхности.
24. Температурные волны в полуограниченной среде.
25. Задача о промерзании влажного грунта (классическая задача Стефана).
26.Квазистационарный метод Л.С.Лейбензона для приближенного решения задач
Стефана. Задача о промерзании цилиндрической трубы.
27.Методы измерения теплофизических параметров. Классификация методов. Стационарные и нестационарные методы. Методы измерения теплоемкости.
28. Тепломассообмен при испарении, кипении и конденсации.
29. Критериальные уравнения тепломассообмена при испарении, кипении и конденсации.
10.1. Перечень компетенций с указанием этапов их формирования в процессе
усвоения образовательной программы (выдержка из матрицы компетенций):
Циклы/
компетенции
ПК-1
ОПК-1
ОПК-2
1семестр
Аналитическая геометрия
Математический
анализ
Механика
Практикум
по механике
2семестр
Линейная
алгебра
Математический
анализ
Химия
Молекулярная
физика
Практикум
по молекулярной
физике
3семестр
Дифференциальные
уравнения
Математический
анализ
Биология
Практикум по
электричеству и
магнетизму
Электричество и
магнетизм
+
+
+
+
+
+
4семестр
Вычислительная
физика
Теория вероятностей
и математическая статистика
Теория
функций
комплексного переменного
Оптика
Практикум
по оптике
Теоретическая механика
+
+
+
5семестр
Физические
основы
микро- и
наносистемной
техники
Механика
сплошных
сред
Практикум
по атомной
и ядерной
физике
Физика атома, ядра и
элементарных частиц
Электродинамика
6семестр
Квантовая
теория
Физика
плазмы
Радиофизика
7семестр
Тепломассоперенос
Термодинамика
Физика
конденсированного
состояния
8семестр
Моделирование и
проектирование
микро- и
наносистем
Физикохимические основы
процессов
микро- и
нанотехнологий
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
11
10.2. Описание показателей и критериев оценивания компетенций на различных этапах их формирования, описание шкал оценивания.
Таблица 6.
Знать:
основные
физикохимические
модели
процессов, явлений и
объектов в области
нанотехнологии
Знать:
типовые программные
продукты, ориентированные на решение
научных, проектных и
технологических задач
нанотехнологии
Уметь:
применять методы и
компьютерные системы
моделирования и анализа материалов и компонентов нано- и микросистемной техники
Владеть:
навыками и методиками разработки физикоматематических моделей процессов, явлений
и объектов в области
нанотехнологии
Уметь:
применять
современные методы расчета и
анализа нано- и микросистем
Знать:
архитектуру
физической картины мира
Знать:
архитектуру естественнонаучной
картины
мира
Уметь:
использовать математический анализ для
обработки экспериментальных знаний
Уметь:
использовать математический анализ для
интерпретации теоретических гипотез
Владеть:
навыками сбора первичных данных исследований
Владеть:
навыками проведения
опытов и наблюдений
Владеть:
навыками анализа и
идентификации новых
проблем и областей
исследования в области
нанотехнологии
Знать:
физическую основу
процессов, протекающих при реализации
нанотехнологий, возможности и характеристики материалов,
используемых в нанотехнологиях
Уметь:
прогнозировать изменение свойств и характеристик
наноструктур при изменении внешних условий
или воздействий
Владеть:
современными программными средствами
моделирования,
оптимального проектирования и конструирования материалов
и компонентов нанои
микросистемной
техники
Знать:
архитектуру синергетической
картины
мира
Уметь:
использовать математический анализ для
обработки комплексного
теоретикоэкспериментальных
исследований
Владеть:
навыками обработки
и
теоретического
осмысления экспериментальных данных
Виды занятий (лекции, семинарские,
практические, лабораторные)
Оценочные
средства
Лекции,
семинары,
самостоятельная работа
Лекции,
семинары,
самостоятельная работа
Лекции,
семинары,
самостоятельная работа
Лекции,
семинары,
самостоятельная работа
Лекции,
семинары,
самостоятельная работа
Лекции,
семинары,
самостоятельная работа
Контрольная работа, тесты
Критерии в соответствии с уровнем освоения ОП
Пороговый
Базовый
Повышенный
(удовл.)
(хор.)
(отл.)
61-75 баллов
76-90 баллов
91-100 баллов
Контрольная работа, тесты
ОПК- 1
ПК-1
Код
компетенции
Карта критериев оценивания компетенций
12
Знать:
архитектуру естественнонаучной
картины
мира
Знать:
архитектуру синергетической
картины
мира
Уметь:
использовать математический аппарат для
решения возникающих
в ходе профессиональной деятельности проблем
Владеть:
навыками
выявления
проблем
Уметь:
использовать математический аппарат для
описания
теоретических гипотез профессиональной деятельности
Уметь:
использовать математический аппарат для
комплексной
обработки
теоретикоэкспериментальных
исследований
Владеть:
навыками обработки
и
теоретического
осмысления данных, а
так же решения возникающих в ходе
профессиональной
деятельности работы
проблем
Владеть:
навыками описания и
систематизации опытов
и наблюдений
Лекции,
семинары,
самостоятельная работа
Лекции,
семинары,
самостоятельная работа
Лекции,
семинары,
самостоятельная работа
Контрольная работа, тесты
ОПК- 2
Знать:
архитектуру
физической картины мира
10.3 Типовые контрольные задания или иные материалы, необходимые для
оценки знаний, умений, навыков и (или) опыта деятельности, характеризующей этапы формирования компетенций в процессе освоения образовательной программы.
Примерные вопросы к экзамену
1.Температурное поле. Градиент температуры. Основной закон теплопроводности
(закон Фурье).
2.Уравнение теплопроводности в неподвижной среде.
3.Уравнение теплопроводности в движущейся среде.
4.Начальные и граничные условия для уравнения теплопроводности; классификация
граничных условий.
5.Одномерное уравнение теплопроводности для тонкого стержня или трубы с конвективным переносом тепла и с теплообменом на боковой поверхности.
6.Безразмерные параметры тепломассопереноса. Числа Фурье, Пекле, Нуссельта,
Рейнольдса, Прандтля, Грасгофа и Рэлея.
7.Конвективный теплообмен; факторы, влияющие на его интенсивность. Теплообмен при свободной и вынужденной конвекции.
8.Основные закономерности лучистого теплообмена. Особенности излучения и поглощения в газах.
9. Классические задачи стационарного теплообмена излучением: теплообмен между двумя плоскими параллельными пластинами; теплообмен излучением между двумя поверхностями тел в замкнутом пространстве
10. Закон Фика и уравнение диффузии в неподвижной и в движущейся среде.
11. Пористая среда и ее свойства. Закон Дарси.
12. Уравнение фильтрации жидкости в пористой среде (уравнение пьезопроводности).
13.Стационарное температурное поле и тепловой поток в плоской пластине (граничные условия 1-го, 2-го и 3-го рода).
14.Стационарное температурное поле и тепловой поток через многослойную плоскую
стенку.
15.Стационарное температурное поле в цилиндрической области (граничные условия
1-го и 2-го рода). Стационарный тепловой поток через многослойную цилиндрическую
стенку.
13
16.Стационарное температурное поле сферического источника тепла в ограниченной
и в неограниченной среде (граничные условия 1-го и 2-го рода).
17.Стационарная одномерная осесимметричная задача фильтрации (задача о притоке
жидкости к скважине).
18.Стационарное температурное поле в проводнике с электрическим током.
19.Фундаментальное решение уравнения теплопроводности; его физический смысл.
20.Температурное поле непрерывного неподвижного точечного источника в неограниченной среде. Функция ошибок Гаусса (функция erf(x)).
21.Температурное поле мгновенного плоского источника в неограниченной среде.
22.Температурное поле непрерывного плоского источника. Нагрев полуограниченной среды постоянным потоком тепла.
23. Нестационарное одномерное температурное поле в полуограниченной среде с
заданной постоянной температурой на поверхности.
24. Температурные волны в полуограниченной среде.
25. Задача о промерзании влажного грунта (классическая задача Стефана).
26.Квазистационарный метод Л.С.Лейбензона для приближенного решения задач
Стефана. Задача о промерзании цилиндрической трубы.
27.Методы измерения теплофизических параметров. Классификация методов. Стационарные и нестационарные методы. Методы измерения теплоемкости.
28. Тепломассообмен при испарении, кипении и конденсации.
29. Критериальные уравнения тепломассообмена при испарении, кипении и конденсации.
11. Образовательные технологии.
В соответствии с требованиями ФГОС при реализации различных видов учебной
работы в процессе изучения дисциплины «Тепломассоперенос» предусматривается использование в учебном процессе следующих активных и интерактивных форм проведения
занятий:
 лекции;
 практические занятия (семинары);
 лабораторные работы.
12. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины.
12.1. Основная литература:
1. Шабаров А.Б., Кислицын А.А., Григорьев Б.В. и др. Тепломассоперенос в нефтегазовых и строительных технологиях: Учебное пособие. - Тюмень: Издательство
ТюмГУ, 2014. - 332 с.
2. Научные основы нанотехнологий и новые приборы: учеб. - моногр./ ред. Р. Келсалл, А. Хэмли, М. Геогеган ; пер. с англ. А.Д. Калашников. - Долгопрудный: Интеллект, 2011. - 528 с.
3. Теплотехника: учеб. для студ. техн. спец. вузов/ ред. В. Н. Луканин. - 5-е изд., стер.
- Москва: Высшая школа, 2005. - 671 с. То-же - 7-е изд., испр.. - Москва: Высшая
школа, 2009. - 671 с.
12.2. Дополнительная литература:
1. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред/ Роберт Искандерович Нигматулин;
Р. И. Нигматулин. - Москва: Наука Ч. 2. - 1987. - 464 с.
14
2. Кислицын А.А. Основы теплофизики. )/ А. А. Кислицын. - Тюмень: Изд-во ТюмГУ,
2002. - 152 с.
3. Методы решения задач тепломассопереноса. Теплопроводность и диффузия в неподвижной среде : учебное пособие / В.И. Коновалов, А.Н. Пахомов,
Н.Ц. Гатапова, А.Н. Колиух ; Министерство образования и науки Российской Федерации, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет». - Тамбов : Издательство ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2012. - 81 с. :
ил.,
табл.,
схем.
;
То
же
[Электронный
ресурс].
URL:
http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=277809 (Дата обращения – 20.04.2015).
4. Кудинов, И.В. Аналитические решения гиперболических уравнений тепломассопереноса и колебаний упругих тел : монография / И.В. Кудинов ; Министерство образования и науки РФ, Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный архитектурно-строительный университет». - Самара : Самарский государственный архитектурно-строительный университет, 2013. - 144 с. : ил. - Библиогр. в
кн. - ISBN 978-5-9585-0519-7 ; То же [Электронный ресурс]. - URL:
http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=256109 (Дата обращения – 20.04.2015).
5. Теплотехника: учеб. для студ. технич. спец. вузов/ ред. В. Н. Луканин. - 2-е изд.. Москва: Высшая школа, 2000. - 671 с.: ил.; 20 см. - Библиогр.: с. 670. - ISBN 5-06003958-7
12.3. Интернет – ресурсы:
1.
2.
3.
4.
www.e.lanbook.com
www.elibrary.ru
Книго-поиск. http://www.knigo-poisk.ru
Электронные ресурсы ИБЦ ТюмГУ http://www.tmnlib.ru/jirbis/
13. Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении образовательного процесса по дисциплине (модулю), включая перечень программного обеспечения и информационных справочных систем
1. Ильин В.И.Физика в формулах. Дрофа. Москва, 2002.
2. Трофимова Т.И. Физика в таблицах и формулах. АКАДЕМИЯ. Москва, 2009.
14. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля).
Лекционная аудитория с мультимедийным оборудованием, аудитория для практических занятий, учебная лаборатория теплофизики с лабораторным оборудованием.
15.
Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины.
Для более эффективного освоения и усвоения материала, рекомендуется знакомиться с теоретическим материалом по той или иной теме до проведения семинарского
занятия. Работу с теоретическим материалом по теме с использованием учебника или конспекта лекций можно проводить по следующей схеме:
 название темы;
 цели и задачи изучения темы;
 основные вопросы темы;
 характеристика основных понятий и определений, необходимых для усвоения
данной темы;
 список рекомендуемой литературы;
15
 наиболее важные фрагменты текстов рекомендуемых источников, в том числе
таблицы, рисунки, схемы и т.п.;
 краткие выводы, ориентирующие на определенную совокупность сведений, основных идей, ключевых положений, систему доказательств, которые необходимо усвоить.
В ходе работы над теоретическим материалом достигается
 понимание понятийного аппарата рассматриваемой темы;
 воспроизведение фактического материала;
 раскрытие причинно-следственных, временных и других связей;
 обобщение и систематизация знаний по теме.
Дополнения и изменения к рабочей программе на 201
/ 201
учебный год
В рабочую программу вносятся следующие изменения:
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
Рабочая
программа
пересмотрена
и
одобрена
____________________ «___»_______________201 г.
на
заседании
кафедры
Заведующий кафедрой ___________________/___________________/
Подпись
Ф.И.О.
16