bigpo.ru
добавить свой файл
1
Рыбинская государственная авиационная технологическая академия

им. П.А. Соловьева


«УТВЕРЖДАЮ»

Декан факультета _АД_____________

_____Борисов В.А.____

(подпись) (фамилия, и.о.)


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА




По дисциплине ____Основы теории подобия и размерностей_________


(наименование дисциплины)


для специальности (направления)_140402 Теплофизика________

(номер и наименование специальности или направления)

Кафедра ____ФИЗИКИ_______________________________________________

Распределение часов





Форма обучения

Очная

очно-заочная

заочная

Лекции


18







Практические занятия

18







Лабораторные занятия










Индивидуальные занятия










Самостоятельная работа

в т.ч. курсовая работа

28







Всего часов

64







Форма контроля (зач., экз.)

Экз.









Программу составили ___Сергеев М.Н._____________________


(подписи) (фамилии, и.о.)

Рабочая программа рассмотрена на ___научно-методическом семинаре кафедры физики___________________________________________________


(заседании кафедры, методическом семинаре, заседании методической комиссии)


Зав. кафедрой Физики Ш.А. Пиралишвили


Рыбинск 2005

Рыбинская государственная авиационная технологическая академия

им. П.А. Соловьева


«УТВЕРЖДАЮ»

Декан факультета _АД_____________

_____Борисов В.А.____

(подпись) (фамилия, и.о.)


^ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА




По дисциплине ___ Основы теории подобия и размерностей_________


(наименование дисциплины)


для специальности (направления)_140400 Техническая физика_______

(номер и наименование специальности или направления)

Кафедра ____ФИЗИКИ_______________________________________________

^

Распределение часов





Форма обучения

Очная

очно-заочная

заочная

Лекции


18







Практические занятия

18







Лабораторные занятия










Индивидуальные занятия










Самостоятельная работа

в т.ч. курсовая работа

28







Всего часов

64







Форма контроля (зач., экз.)

Экз.









Программу составили ___Сергеев М.Н._____________________


(подписи) (фамилии, и.о.)

Рабочая программа рассмотрена на ___научно-методическом семинаре кафедры физики____________________________________________


(заседании кафедры, методическом семинаре, заседании методической комиссии)


Зав. кафедрой Физики Ш.А. Пиралишвили


Рыбинск 2005


Настоящая программа составлена в соответствии с решением Ученого совета и планом подготовки по специальности 140402 Теплофизика.

Целью преподавания дисциплины является обучение методам теории подобия и размерностей и умения использовать их для решения конкретных прикладных задач.


^ 1 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ.


Лекция 1. Теория размерностей. Единицы измерения. Системы единиц измерения. Алгебраический метод построения безразмерных комплексов.(4 час.)


Лекция 2. Теория подобия. Подобие в математике. Подобие в физике. Критерии подобия. Теоремы подобия. Метод приведения. Критериальные уравнения и их получение. (4 час.)


Лекция 3. Критерии подобия в теплопроводности. Число Био и Число Фурье. Теплоотдача и число Нуссельта. (2 час.)


Лекция 4. Вынужденная конвекция. Число Рейнольдса. Число Пекле. Число Стантона. Число Прандтля. (2 час.)


Лекция 5. Свободная конвекция. Число Галилея. Число Архимеда. Число Грасгофа. Число Релея. (2 час.)


Лекция 6. Подобие в гидравлике. Число Эйлера. Число Струхаля. Число Маха. (2 час.)


Лекция 7. Двухфазные течения. Число Лапласа. Число Вебера.(2 час.)


^ 2. ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ


Семинарские занятия

2.1.Получение безразмерных комплексов алгебраическим методом.(6 час.)

2.2.Построение критериальных уравнений. (6 час.)

2.3. Моделирование в теплообмене. Критерии теплообмена. (4 час.)

2.4. Контрольная работа (2 час.)


^ 3. ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ КУРСОВОГО ПРОЕКТА


Настоящая программа составлена в соответствии с решением Ученого совета и планом подготовки по направлению 140400 Техническая физика.

Целью преподавания дисциплины является обучение методам теории подобия и размерностей и умения использовать их для решения конкретных прикладных задач.


^ 1 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ.


Лекция 1. Теория размерностей. Единици измерения. Системы единиц измерения. Алгебраический метод построения безразмерных комплексов.(4 час.)


Лекция 2. Теория подобия. Подобие в математике. Подобие в физике. Критерии подобия. Теоремы подобия. Метод приведения. Критериальные уравнения и их получение. (4 час.)


Лекция 3. Критерии подобия в теплопроводности. Число Био и Число Фурье. Теплоотдача и число Нуссельта. (2 час.)


Лекция 4. Вынужденная кинвекция. Число Рейнольдса. Число Пекле. Число Стантона. Число Прандтля. (2 час.)


Лекция 5. Свободная конвекция. Число Галилея. Число Архимеда. Число Грасгофа. Число Релея. (2 час.)


Лекция 6. Подобие в гидравлике. Число Эйлера. Число Струхаля. Число Маха. (2 час.)


Лекция 7. Двухфазные течения. Число Лапласа. Число Вебера.(2 час.)


^ 2. ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ


Семинарские занятия

2.1.Получение безразмерных комплексов алгебраическим методом.(6 час.)

2.2.Построение критериальных уравнений. (6 час.)

2.3. Моделирование в теплообмене. Критерии теплообмена. (4 час.)

2.4. Контрольная работа (2 час.)


^ 3. ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ КУРСОВОГО ПРОЕКТА


4.ЛИТЕРАТУРА


Основная


4.1 Гухман А.А. Введение в теорию подобия. – М.: Высш.школа, 1973, 296с.

4.2 Гухман А.А. Применение теории подобия к исследованию процессов тепломассообмена. – М.: Высш. Школа, 1974,-327с.

4.3.Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. - М.: Энергоиздат, 1981. -416с.

4.4.Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. -М.: Энергия, 1973. -320с.

4.5.Теория тепломассообмена./С.И. Исаев, И.А. Кожинов, В.И. Кофанов и др.; Под ред. А.И. Леонтьева. -М.: Высш.школа, 1979. -495с.


Дополнительная


4.6.Кутателадзе С.С. Основы теории тепломассообмена. - Новосибирск: Наука, 1970. -658с.

4.7.Авдуевский С.С. и др. Основы теплопередачи в авиационной и космической технике. /В.С. Авдуевский, Б.М. Галицейский, Г.А. Глебов и др., под ред. В.К. Кошкина -М.: Машиностроение, 1975. -623с.


^ 5.МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ СТУДЕНТАМ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ.


Теория подобия и размерность является одним из базовых методов, используемых в теплотехнике при обобщении и анализе экспериментальных данных, результатов теоретического исследования и построении методов расчета технических устройств и их моделей.

В данном курсе можно выделить две части – общую и прикладную. В первой из них ( соответственно 1-ая и 2-ая лекции ) излагаются теоретические основы метода размерностей и условия установления подобия физических явлений. Во второй части ( лекции 3-7 ) рассматривается приложение теории подобия в конкретным вопросам теплообмена и гидравлики.

При изучении курса следует иметь в виду, что полученные знания будут многократно востребованы в последующих дисциплинах, таких как тепломассообмен и теплопередача в прмышленных аппаратах. Поэтому освоение курса не должно быть формальным, а наоборот, максимально осознанным..


^ 6.СПИСОК ЭКЗАМЕНАЦИОННЫХ ЗАЧЕТНЫХ ВОПРОСОВ.


  1. Теория размерностей. Единицы измерения. Формула размерностей.

  2. Системы единиц измерения. Преобразование систем и их применение.

  3. Алгебраический метод построения безразмерных комплексов.

  4. Теория подобия. Подобие в математике. Параметры подобия.

  5. Подобие в физике. Сходственные точки.

  6. Критерии подобия. Виды критериев и физический смысл.

  7. Теоремы подобия. Границы их применения.

  8. Получение критериев методом приведения.

  9. Критериальные уравнения и их получение.

  10. Критерии подобия в теплопроводности. Число Био

  11. Нестационарная теплопроводность. Число Фурье.

  12. Теплоотдача и число Нуссельта.

  13. Вынужденная кинвекция. Число Рейнольдса.

  14. Теплоотдача при вынужденной конвекции. Числа Пекле и Стантона.

  15. Тепловой и динамический пограничный слои. Число Прандтля.

  16. Свободная конвекция. Число Галилея. Число Архимеда.

  17. Теплоотдача при свободной конвекции. Число Грасгофа. Число Релея.

  18. Подобие в гидравлике. Число Эйлера. Число Маха.

  19. Нестационарное движение. Число Струхаля.


7.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ (задачи или тесты самопроверки)


  1. При изучении теплообмена на модели в условиях естественной конвекции между горизонтальной трубой с температурой tс и воздухом получены следующие данные:

tс , оC . . . . . . . . . . . . . . . 85 125 145

, Вт/(м2 оС). . . . . . . . .9.34 10.35 10.76

Труба наружным диаметром 45мм была помещена в воздух с температурой 20 оС. По измерениям на модели найти обобщенную зависимость в виде формулы Nud,ж=C(GrPr)nd,ж, используя которую, определить теплоту, передаваемую за 5ч от горизонтальной трубы диаметром 10мм и длиной 4м к воде с температурой 40оС. Температура поверхности трубы равна 60 оС.


  1. Температурное поле в длинном цилиндре диаметром 200мм. Исследуется по истечении 30 и 60мин. С помощью модели. Теплопроводность и температуропроводность материала цилиндра 15Вт/(м К) и 0.002 (м2/ К), материала модели 4 Вт/(м К) и 0.0008 м2/с. Найти диаметр модели и время когда в модели следует измерять распределение температур. Принять коэффициент теплоотдачи для цилиндра 9.8 и для модели 35 Вт/(м2 К).




  1. Найти кинематическую вязкость для жидкости и модели где изучается теплообмен при вынужденной конвекции, если коэффициент температуропроводности жидкости 0.8 мм2/с. В образце в виде трубы движется воздух с температурой 180 оС и абсолютным давлением 100кПа.




  1. Определить значения чисел Nu, Re, Gr, Eu, Pe для следующих условий: среда движется по трубе диаметром 24Х2мм. И длиной 2м, ее расход 50кг/ч. На входе температура среды 80оС, на выходе 40 оС, средняя температура стенки трубы 25оС. Сопротивление движению среды 400Па. В качестве среды принять воду и воздух. Определяющие параметры – средняя температура среды и внутренний диаметр трубы.




  1. На воздушной модели котла производилось изучение теплоотдачи при вынужденной конвекции, и при различных скоростях воздуха были получены представленные ниже коэффициенты теплоотдачи:

V, м/с ……………… 2,0 3,14 4,65 8,8

, Вт/(м2 К) ……….. 50,5 68,6 90,7 141,2

В модели средняя температура воздуха 20оС, трубы имеют диаметр 14мм. По данным полученным на модели, определить значения С и n в формуле Nuж,д=СRenж,д. Используя полученную формулу, найти поверхность нагрева натурного котла, если скорость дымовых газов в газоходе 8 м/с, а средняя температура газов 800оС. Трубы диаметром 80мм. Имеют температуру 300оС. Передаваемый тепловой поток 1.2МВт.


  1. Для измерения расхода газа в трубопровод диаметром 270мм. поставили диафрагму. Её размеры были определены после испытания на модели, уменьшенной в 3 раза. Во время испытаний через модель пропускалась вода с температурой 30оС, при расходе воды более 28м3/ч наблюдался автомодельный режим. Найти минимальный расход газа для автомодельного режима, а также соответствующие этому режиму скорость газа и гидравлическое сопротивление (сопротивление на модели составило 280мм.рт.ст.). Принять плотность газа 0.9 кг/м3 , кинематическую вязкость 14мм2/с.




  1. Азот при температуре 200оС и давлении 1МПа движется в трубе со скоростью 10м/с. Для исследования гидродинамического процесса построена уменьшенная в 4 раза модель, где движется вода с температурой 20оС. Определить скорость воды в модели.