МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
СТЕРЛИТАМАКСКИЙ ФИЛИАЛ
ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«Башкирский государственный университет»
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
ОБЯЗА ТЕЛЬНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (ОД.А.05)
______________Теория горения____________
наименование дисциплины по учебному плану подготовки аспиранта
модуль основной образовательной программы послевузовского профессионального
образования подготовки аспирантов (ООП ППО)
по специальности научных работников
__01.04.14____ _Теплофизика и теоретическая теплотехника___
Шифр наименование научной специальности
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Общие положения ...............................................................................................3
2. Цели изучения дисциплины.....................................................................................3
3. Результаты освоения дисциплины………………………………………………..4
4. Объем дисциплины и количество учебных часов……………………………….5
4.1. Объем дисциплины и количество учебных часов................................................5
5. Содержание дисциплины ........................................................................................6
5.1. Содержание лекционных занятий ...............................................................6
5.2. Практические занятия……..........................................................................7
5.3. Самостоятельная работа аспиранта........................................................8
6. Перечень контрольных мероприятий и вопросы
к экзаменам кандидатского минимума....................................................................
7. Образовательные технологии....................................................................................
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины .................
8.2. Основная литература (год издания не должен быть более 5 лет): ........
8.2. Дополнительная литература... ... ..............................................................
8.3. Программное обеспечение и Интернет-ресурсы ........................................
1. Общие положения
1.1. Настоящая рабочая программа обязательной дисциплины «Теория горения» модуль основной образовательной программы послевузовского профессионального образования (ООП ППО) разработана на основании законодательства Российской Федерации в системе послевузовского профессионального образования, в том числе: Федерального закона РФ от 22.08.1996 № 125-ФЗ «О высшем и после вузовском профессиональном образовании», Положения о подготовке научно-педагогических и научных кадров в системе послевузовского профессионального образования в Российской Федерации, утвержденного приказом Министерства общего и профессионального образования РФ от 27.03.1998 № 814 (в действующей редакции); составлена в соответствии с федеральными государственными требованиями к разработке, на основании Приказа Минобрнауки России №1365 от 16.03.2011г. «Об утверждении федеральных государственных требований к структуре основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура)» и инструктивного письма Минобрнауки России от 22.06.2011 г. № ИБ-733/12.
2. Цель изучения дисциплины
Целью изучения дисциплины «Теория горения» является углубление знаний по основам термодинамики и кинетики процессов горения, имеющим значение для решения задач при выполнении диссертационной работы.
Задачи дисциплины заключаются в изучении:
физико-химических основ горения;
теории горения: тепловой, цепной диффузионной;
основных уравнений, описывающих кинетику реакций горения и температурные поля;
видов пламени и скорости его распространения
возникновения и развития процессов горения;
типов взрывов, физические и химические взрывы;
классификации взрывов по плотности вещества, по типам химических реакций, энергия и мощность, форма ударной волны, длительность импульса.
3. Результаты освоения дисциплины
Аспирант и соискатель должен знать:
теоретические основы процессов горения и взрыва,
физико-химические процессы, протекающие в горючих и взрывчатых веществах,
математический аппарат указанных разделов физики;
уметь:
применять общие математические методы к решению фундаментальных и прикладных физических задач теории горения,
использовать методы теории горения при выполнении диссертационной работы,
решать основные задачи теории и применять расчеты к конкретным технологическим процессам и объяснению природных явлений;
демонстрировать:
эрудицию и осведомленность в понимании основных проблем теории горения,
подготовленность к самостоятельному изучению и пониманию специальной, научной, справочной и методической литературы, связанной с проблемами горения и взрыва,
квалифицированное применение основ высшей математики, математического анализа, теория вероятностей, математической статистики, теоретической механики, гидродинамики, термрдинамики и других методов в решении задач теории горения,
способность самостоятельно ставить конкретные задачи научных исследований в области горения (в соответствии с профилем аспирантуры) и решать их с помощью современной теории, аппаратуры, оборудования, информационных технологий с использованием новейшего отечественного и зарубежного опыта,
способность порождать новые идеи (креативность).
4. Структура и содержание дисциплины (модуля) «Теория горения»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 1 зачетная единица, 36 часов.
4.1. Объем дисциплины и количество учебных часов
Вид учебной работы
|
Кол-во зачетных единиц*/ уч. часов
|
Лекции (минимальный объем теоретических знаний)
|
18
|
Семинар
|
|
Практические занятия
|
|
Другие виды учебной работы (авторский курс, учитывающий результаты исследований научных школ, в том числе региональных)
|
|
Внеаудиторные занятия
|
|
Самостоятельная работа аспиранта
|
18
|
ИТОГО
|
36
|
Вид итогового контроля
|
Составляющая экзамена кандидатского минимума
|
*) Одна зачетная единица соответствует 36 академическим часам продолжительностью 45 минут.
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание лекционных занятий
№ п/п
|
Содержание
|
К-во уч. часов
|
1.
|
Развитие представлений о горении, место процесса горения в развитии цивилизации. Различные подходы к определению процесса горения. Физико-химические основы процесса горения. Понятие горючей смеси и горючей системы. Стадии процесса горения. Пространственное распространение, как характерная особенность процесса горения и механизмы распространения пламени. Понятие скорости горения. Основы классификации горючих смесей и процессов горения. Состав горючей системы и условия горения. Характеристики процесса горения: коэффициент горючести, характер свечения пламени. Горючие техногенные вещества и их классификация. Уравнения горения и методика их составления. Соотношение горючего вещества и окислителя в системе. Мольная доля горючего вещества; стехиометрический коэффициент реакции горения. Продукты сгорания и зависимость их состава от состава горючего вещества. Полное и неполное сгорание.
Кинетика процессов горения. Влияние различных факторов на скорость горения. Молекулярность и порядок реакций горения. Зависимость энергии активации от молекулярности реакций. Элементарные реакции. Теории горения. Перекисная теория горения. Работы Боденштейна. Теория цепных реакций. Неразветвленные и разветвленные цепные реакции. Вырожденно-разветвленные реакции. Работы Семенова и Хиншелвуда. Развитие теории цепных реакций. Температура окисления горючих веществ и факторы, на нее влияющие. Теории самовоспламенения. Виды самовоспламенения и скорость этого процесса. Температура самовоспламенения и ее зависимость от состава горючей смеси, начальной температуры и др. факторов. Возгорание и воспламенение; температуры, характеризующие данные процессы. Самовозгорание и его виды: тепловое, микробиологическое, химическое. Особенности процессов самовозгорания различных веществ. Температура самовозгорания.
Основы химической термодинамики процессов горения и взрыва. Основные понятия и определения. Элементарные основы химической термодинамики (классификация систем; классификация химических реакций). Цепные реакции. Математическое описание химических процессов. Обратимость химических реакций. Химическое равновесие. Скорость химической реакции. Условия химического равновесия.
|
2
|
2.
|
Термодинамика процессов горения. Тепловые эффекты реакций горения. Теплота горения и теплота сгорания веществ. Низшая и высшая теплота сгорания. Закон Гесса и формулы Менделеева. Расчет теплоты сгорания для веществ различного состава и агрегатных состояний. Температура горения и способы ее определения. Теоретическая температура горения. Адиабатическая (калориметрическая) температура горения. Действительная температура горения (температура пожара).
|
2
|
3.
|
Типы пламени и скорость горения. Предварительно перемешанные и предварительно не перемешанные смеси горючих веществ с окислителем. Структура пламени. Системы с различными типами пламени. Ламинарное пламя предварительно перемешанной смеси. Кинетическое горение. Зависимость скорости горения от направления потока. Ламинарное пламя предварительно не перемешанной смеси. Диффузионное горение. Турбулентное пламя предварительно перемешанной и предварительно не перемешанной смеси. Особенности применения смесей различного типа.
|
2
|
4.
|
Инициация процессов горения. Действие источника воспламенения (зажигания) на горючую смесь. Искровое зажигание и его особенности: успешное зажигание, отказ от зажигания. Методы исследования параметров зажигания. Источники искрового зажигания: высоковольтная и низковольтная искра, их разновидности и особенности использования. Пределы зажигания. Охлаждающее действие электродов. Зажигание накаленной поверхностью, его особенности.
|
2
|
5.
|
Воспламенение, зажигание и распространение пламени в газовых смесях. Цепное самовоспламенение. Тепловое самовоспламенение. Дефлегмация. Основные уравнения горения. Диффузионное горение газа. Турбулентное распространение пламени. Самовоспламенение топливо-воздушных смесей. Критические условия воспламенения. Период индукции при адиабатных условиях и при наличии теплопотерь.
|
2
|
6.
|
Общие представления о взрыве и взрывчатых веществах. Основные факторы, обуславливающие взрыв. Развитие представлений о процессе взрыва и взрывчатых веществах. Группы взрывчатых веществ. Удельная энергия взрывчатого вещества и способы ее определения. Чувствительность взрывчатых веществ. Инициация взрыва. Классификация взрывчатых веществ и взрывных процессов. Кислородный баланс взрывчатого вещества. Гидродинамическая теория детонации. Детонационная волна. Коэффициент жесткости взрывных газов.
|
2
|
7.
|
Теории возникновения и развития взрывных процессов. Объем и состав газообразных продуктов взрыва. Теплота и температура взрыва. Давление при взрыве. Типы и характеристики взрыва. Скорость детонационной волны, способы ее определения. Удельная энергия взрыва. Действие взрывных газов. Ударная волна. Распределение энергии при взрыве: энергия ударной волны, остаточная энергия, кинетическая и тепловая энергия осколков оболочки, кинетическая и тепловая энергия источника, излучение. Распространение взрыва. Кумулятивный эффект и его использование. Взрыв в воздухе. Параметры ударной волны при взрыве в воздухе. Давление на фронте ударной волны. Скорость, время действия и импульс ударной волны. Гашение ударных волн. Фугасное и бризантное действие взрыва. Действие ударной волны на человека. Экспертные оценки фугасного поражения. Обеспечение безопасности при взрывных работах. Взрывы в различных средах: в воде, в твердых телах. Физические взрывы. Ядерный взрыв. Электрическая искра, кавитация. Применение взрыва в технике и народном хозяйстве.
|
2
|
8.
|
Основные положения теории детонации. Принципиальные отличия процессов горения от взрыва. Теория теплового взрыва Н.Н. Семенова. Условия возбуждения теплового взрыва по Н.Н. Семенову.
|
2
|
9.
|
Теория горения природных материалов. Общая характеристика и классификация топлива. Технические характеристики топлив. Особенности горения твердых и жидких веществ. Горение различных систем. Теория горения газовых смесей. Работы Зельдовича. Температура и скорость распространения фронта пламени. Давление при взрыве газо- и паровоздушных смесей, температура взрыва. Концентрационные пределы воспламенения, их определение и использование. Факторы, влияющие на концентрационные пределы воспламенения. Горение жидкостей. Температурные пределы воспламенения и температура вспышки. Скорость выгорания. Вскипание, выброс. Горение пылевоздушных смесей. Пожароопасность пыли. Теория горения аэровзвесей. Концентрационные пределы воспламенения пыли, их определение и использование. Горение твердых веществ. Особенности состава, строения и процессов горения твердых веществ. Горение древесины. Горение металлов. Пиролиз полимерных материалов. Оценка пожарной опасности горючих веществ. Общая характеристика процессов, протекающих при нагревании и горении веществ в различном агрегатном состоянии. Избыточное давление при взрыве веществ в различном агрегатном состоянии.
|
2
|
|
Всего
|
18
|
5.2. Практические занятия
№ п/п
|
Содержание
|
К-во уч. часов
|
|
Термодинамика процессов горения и взрыва.
|
|
|
Химические процессы при горении и взрыве
|
|
|
Горение природных систем
|
|
|
Всего
|
Не предусмотрено
|
5.3. Самостоятельная работа аспиранта
№ п/п
|
Содержание
|
К-во уч. часов
|
1.
|
Химическая термодинамика процесса горения. Основные понятия и определения. Классификация систем и химических реакций. Обратимость химических реакций. Химическое равновесие. Скорость химической реакции. Условия химического равновесия.
|
2
|
2.
|
Термодинамика процесса горения. Изменение внутренней энергии в процессе горения. Тепловой эффект химической реакции. Закон Гесса. Зависимость теплового эффекта (теплоты) реакции от температуры. Закон Кирхгоффа. Теплота сгорания топлива. Уравнение Аррениуса. Энергия активации реагирующих систем.
|
2
|
3.
|
Топливо и горючая смесь. Физические процессы, сопровождающие горение горючих смесей. Тепловое излучение. Роль диффузии и теплопередачи в процессах горения.
|
2
|
4.
|
Воспламенение горючих смесей. Тепловое самовоспламенение. Цепное самовоспламенение.
|
2
|
5.
|
Распространение пламени в неподвижной смеси. Задача о скорости распространения пламени. Распространение пламени в ламинарном потоке. Распространение пламени в турбулентном потоке.
|
2
|
6.
|
Взрыв. Типы взрывов. Классификация взрывов по плотности вещества, по типам химических реакций. Энергия и мощность взрыва. Ударные и детонационные волны.
|
2
|
7.
|
Основные положения теории детонации. Принципиальные отличия процессов горения от взрыва. Теория теплового взрыва Н.Н. Семенова. Условия возбуждения теплового взрыва по Н.Н. Семенову.
|
2
|
8.
|
Особенности горения твердых и жидких топлив.
|
2
|
9.
|
Особенности горения жидких топлив.
|
2
|
|
Всего
|
18
|
6. Перечень контрольных мероприятий и вопросы
к экзаменам кандидатского минимума
Итоговая аттестация аспиранта включает сдачу экзаменов и представление диссертации в Диссертационный совет. Порядок проведения кандидатских экзаменов включает в кандидатский экзамен по научной специальности дополнительные разделы, обусловленные спецификой научной специальности. Билеты кандидатского экзамена по специальной дисциплине в соответствии с темой диссертации на соискание ученой степени кандидата наук должны охватывать разделы Специальной дисциплины отрасли науки и научной специальности (ОД.А.) и Дисциплины научной специальности по выбору аспиранта (ОДН.А.).
Перечень вопросов к экзаменам кандидатского минимума:
Уравнения переноса, основы термодинамики необратимых явлений. Соотношение симметрии кинетических коэффициентов Онсагера. Применения методов неравновесной термодинамики к явлениям в сплошных средах с одновременным протеканием различных процессов: диффузии, теплопроводности, вязкости, химических реакций.
Низкотемпературная плазма. Дебаевский радиус.
Ионизационное равновесие. Формула Саха. Кинетика ионизации.
Явление переноса в плазме. Излучение плазмы.
7. Образовательные технологии
В процессе обучения применяются следующие образовательные технологии:
1. Сопровождение лекций показом видеоматериала.
2. Использование современных информационных компъютерных технологий.
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Учебная, учебно-методическая и иные библиотечно-информационные ресурсы обеспечивают учебный процесс и гарантируют возможность качественного освоения аспирантом образовательной программы. Кафедра располагает библиотекой, включающей научно-техническую литературу по статистической физике, термодинамике, математике, всем разделам теоретической и общей физики, научные журналы и труды конференций.
8.1. Основная литература
№ п/п
|
Наименование учебной литературы
|
Автор, место издания, год
|
К-во экз в библ. СГПА
|
Число обучающихся, воспитанников, одновременно из-учающих дисциплину
|
1.
|
Курс теоретической физики. Т.5. Статистическая физика
|
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М.− М.: Наука, 2005.
|
|
|
2.
|
Математическая теория горения и взрыва.
|
Я.Б. Зельдович, Г.И., Г.И. Баренблатт, В.Б. Либрович, Г.М. Махвиладзе. М.: Наука, 1980 – 478 с.
|
|
|
3.
|
Основы практической теории горения
|
В.В. Померанцев, К.М. Арефьев, Д.Б. Ахмедов и др.. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ие, 1986 – 309 с.
|
|
|
4.
|
Математическое моделирование лесных пожаров и новые способы борьбы с ними.
|
Гришин А.М. – Новосибирск: Наука, Сиб. Отд-ие, 1992. – 408 с.
|
|
|
5.
|
Физика взрыва и удара
|
Орленко Л.П. – М.: Физматлит, 2006 - 304 с.
|
|
|
6.
|
Физика взрыва
|
Т.1,2 / Под ред. Орленко Л.П. - 3-е изд., испр. М.: Физматлит, 2005 - 488 с.
|
|
|
7.
|
Горение
|
Кумагаи С.: пер. с японского. М.: Химия, 1980 - 256 с.
|
|
|
8.
|
Основы практической теории горения
|
Л.: Энергоатомиздат, 1986 -309с.
|
|
|
9.
|
Горение, пламя и взрывы в газах
|
Льюис Б., Эльбе Г. М.:Мир,1968 - 453 с.
|
|
|
10.
|
Методы исследования процессов
горения и детонации
|
Похил П.Ф., Мальцев В.М., Зайцев В.М.. М.: Наука, 1969 - 302 с.
|
|
|
|
Детонация и взрывчатые вещества
|
М.: Мир, 1981 - 392 с.
|
|
|
|
Физика горения
|
М.: Наука, 1975 - 704 с.
|
|
|
|
Химия горения
|
Пер. с англ. М.: Мир, 1988 - 461 с.
|
|
|
|
Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ
|
Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. / Пер. с англ. Г.Л. Агафонова. Под ред. П.А. Власова. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003 – 352 с.
|
|
|
|
Н.Н. Семенов. Избранные труды:
|
В 4 т./Н.Н.Семенов; отв. ред. А.Е.Шилов; Ин-т хим.физики им. Н.Н. Семенова. - М.: Наука, 2004, Т. 1. Кн. 1: Цепные реакции. - 2004. - 392 с.
|
|
|
8.2. Дополнительная литература
№ п/п
|
Наименование учебной литературы
|
Автор, место издания, год
|
К-во экз в библ. СГПА
|
Число обучающихся, воспитанников, одновременно из-учающих дисциплину
|
1.
|
Детонация и взрывчатые вещества
|
М.: Мир, 1981 - 392 с.
|
|
|
2.
|
Физика горения
|
М.: Наука, 1975 - 704 с.
|
|
|
3.
|
Химия горения
|
Пер. с англ. М.: Мир, 1988 - 461 с.
|
|
|
4.
|
Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ
|
Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. / Пер. с англ. Г.Л. Агафонова. Под ред. П.А. Власова. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003 – 352 с.
|
|
|
5.
|
Н.Н. Семенов. Избранные труды:
|
В 4 т./Н.Н.Семенов; отв. ред. А.Е.Шилов; Ин-т хим.физики им. Н.Н. Семенова. - М.: Наука, 2004, Т. 1. Кн. 1: Цепные реакции. - 2004. - 392 с.
|
|
|
8.3. Программное обеспечение и интернет-ресурсы
№ п/п
|
Наименование учебной литературы
|
Автор, место издания, год
|
К-во экз в библ. СГПА
|
Число обучающихся, воспитанников, одновременно из-учающих дисциплину
|
1.
|
Курс теоретической физики. Т.5. Статистическая физика
|
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М.− М.: Наука, 2005.
|
|
|
2.
|
Математическая теория горения и взрыва.
|
Я.Б. Зельдович, Г.И., Г.И. Баренблатт, В.Б. Либрович, Г.М. Махвиладзе. М.: Наука, 1980 – 478 с.
|
|
|
3.
|
Основы практической теории горения
|
В.В. Померанцев, К.М. Арефьев, Д.Б. Ахмедов и др.. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ие, 1986 – 309 с.
|
|
|
4.
|
Математическое моделирование лесных пожаров и новые способы борьбы с ними.
|
Гришин А.М. – Новосибирск: Наука, Сиб. Отд-ие, 1992. – 408 с.
|
|
|
5.
|
Физика взрыва и удара
|
Орленко Л.П. М.: Физматлит, 2006 - 304 с.
|
|
|
6.
|
Физика взрыва
|
Т.1,2 / Под ред. Орленко Л.П. - 3-е изд., испр. М.: Физматлит, 2005 - 488 с.
|
|
|
7.
|
Горение
|
Кумагаи С.: пер. с японского. М.: Химия, 1980 - 256 с.
|
|
|
8.
|
Основы практической теории горения
|
Л.: Энергоатомиздат, 1986 -309с.
|
|
|
9.
|
Горение, пламя и взрывы в газах
|
Льюис Б., Эльбе Г. М.:Мир,1968 - 453 с.
|
|
|
10.
|
Методы исследования процессов
горения и детонации
|
Похил П.Ф., Мальцев В.М., Зайцев В.М.. М.: Наука, 1969 - 302 с.
|
|
|
11.
|
Детонация и взрывчатые вещества
|
М.: Мир, 1981 - 392 с.
|
|
|
12.
|
Физика горения
|
М.: Наука, 1975 - 704 с.
|
|
|
13.
|
Химия горения
|
Пер. с англ. М.: Мир, 1988 - 461 с.
|
|
|
14.
|
Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ
|
Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. / Пер. с англ. Г.Л. Агафонова. Под ред. П.А. Власова. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003 – 352 с.
|
|
|
15.
|
Н.Н. Семенов. Избранные труды:
|
В 4 т./Н.Н.Семенов; отв. ред. А.Е.Шилов; Ин-т хим.физики им. Н.Н. Семенова. - М.: Наука, 2004, Т. 1. Кн. 1: Цепные реакции. - 2004. - 392 с.
|
|
|
16.
|
Диффузия и теплопередача в химической кинетике
|
Франк – Каменецкий Д.А. – М: Наука, 1987. 502 с.
|
15
|
15
|
17.
|
Вибрационное горение
|
Б.В. Раушенбах – М: Физматлит, 1961, 500 с.
|
15
|
15
|
18.
|
Физико-химическая гидродинамика
|
В.Г. Левич – М: Физматлит, 1959 700 с.
|
15
|
15
|
19.
|
Турбулентность и горение
|
Кузнецов В.Р., Сабельников В.А. – М: Физматлит, 1986, 288 с.
|
15
|
15
|
9. Материально-техническое обеспечение
Кафедра теоретической физики и методики обучения физике располагает материально-технической базой, соответствующей санитарно-техническим нормам и обеспечивающей проведение всех видов теоретической и практической подготовки, предусмотренных учебным планом аспиранта, а также эффективное выполнение диссертационной работы.
№ п/п
|
Наименование дисциплины
|
Наименование оборудованных учебных кабинетов, объектов для проведения практических занятий с перечнем основного оборудования
|
Фактический адрес учебных кабинетов и объектов
|
|
Термодинамика неравновесных процессов
|
1.Учебно-исследовательская лаборатория статистической физики
-оборудование для выполнения 10 учебно-исследовательских лабораторных работ,
-оригинальная установка для исследования теплофизических процессов при кислотном воздействии на пористую среду
|
Факультет математики и естественных наук СГПА,
комната 218а
|
2. Научная лаборатория теплофизического эксперимента
Оригинальное оборудование для исследования теплофизических процессов в газожидкостных системах
|
комната 128
|
3. Аспирантская
три компьютера с современным программным обеспечением
|
комната 020
|
4. Лаборатория вычислительного эксперимента
15 компьютеров с современным программным обеспечением
|
комната 121
|
|
