Рабочая программа для аспирантов специальности 05. 04. 12 «Турбомашины и комбинированные турбоустановки»

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Институт математики, естественных наук и информационных технологий

Кафедра Механики многофазных систем

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТУРБОМАШИН

Максимов Алексей Юрьевич. Компьютерное моделирование турбомашин. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для аспирантов специальности 05.04.12 Турбомашины и комбинированные турбоустановки, очная и заочная форма обучения. Тюмень, 2011, 12 стр.

1. 
   Пояснительная записка
   
   1. 
      Цели и задачи дисциплины (модуля)
      

• 
  изучение основ автоматизированного проектирования и эксплуатации турбомашин;
  
• 
  изучение термодинамических циклов и конструктивных схем;
  
• 
  расчет элементов турбомашин, разработка вариантов решения и их анализ;
  
• 
  исследование динамики и прочности элементов турбомашин;
  
• 
  изучение процессов теплообмена в элементах турбомашин;
  
• 
  обработка результатов численного моделирования турбомашин.
  

1. 
   Место дисциплины в структуре ОПППО
   

• 
  готовностью и способностью использовать фундаментальные законы природы и основные законы естественно-научных дисциплин в профессиональной деятельности;
  
• 
  способностью понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества, сознавать опасности и угрозы, возникающие в этом процессе, соблюдать основные требования безопасности, в том числе защиты государственной тайны;
  
• 
  способность вскрыть физическую, естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, провести их качественный и количественный анализ;
  
• 
  способность осуществлять научный поиск и разработку новых перспективных подходов и методов к решению профессиональных задач, готовность к профессиональному росту, к активному участию в научной и инновационной деятельности, конференциях, выставках и презентациях.
  

Знать:

- принципы работы, технические характеристики, конструктивные особенности разрабатываемых элементов и узлов турбомашин;

- методы проведения технических расчетов динамики и прочности элементов, узлов турбомашин;

- методы исследования элементов и узлов турбомашин;

- методы конструирования и проектирования элементов и узлов турбомашин;

- основы численного моделирования и расчет характеристик турбомашин.

Уметь:

- выполнять инженерные расчёты элементов и узлов турбомашин, в том числе численно;

- работать с конструкторской документацией, технической литературой, справочниками;

- планировать исследования и выполнение численных расчетов в области динамики и прочности турбомашин.

Владеть:

- программными комплексами конечно-элементного анализа;

- методами расчёта основных характеристик ступеней турбомашин;

- приёмами построения расчётных сеток для решения задач турбомашиностроения.

3.Тематический план.

Таблица 1.

Тематический план


№	Тема	Всего часов	виды учебной работы и самостоятельная работа, в час.				из них в интерактивной форме	Фор-мы конт-роля
			лекции*	семинарские (практические) занятия*	лабораторные занятия*	самостоятельная работа*
1	2	3	4	5	8	6	7	8
1	1. Основные сведения и принципы работы турбомашин	20	4		2	14	4
2	2. Тепловые циклы турбинных установок	20	4		2	14	4	с/р
3	3. Течение рабочего тела в решётках профилей	20	4		2	14	4
4	4. Теплообмен в элементах турбомашин	20	4		2	14	4
5	5. Решетки турбомашин	20	4		2	14	4	с/р
6	6. Численные методы интегрирования уравнений сохранения	20	4		2	14	4
7	7. Расчётные сетки	20	4		2	14	4	с/р
8	8. Пространственные турбулентные течения в решетках турбомашин	20	4		2	14	4	к/р
9	9. Вынужденные колебания и оценка вибрационных напряжений и усталостной прочности лопаток	20	4		2	14	4
	Итого:	180	36		18	126
	из них часов в интерактивной форме	36	12		6	18	36




Таблица 2.

Планирование самостоятельной работы аспирантов (СРА)


№	Темы	Виды СРА		Объем часов
		обязательные	дополнительные
1.	Основные сведения и принципы работы турбомашин	1. Работа с учебной литературой. 2. Проработка лекций 3. Подготовка к лабораторному занятию		14
2.	Тепловые циклы турбинных установок	1. Работа с учебной литературой. 2. Проработка лекций 3. Подготовка к лабораторному занятию	1. работа с дополнительной литературой	14
3.	Течение рабочего тела в решётках профилей	1. Работа с учебной литературой. 2. Проработка лекций 3. Подготовка к лабораторному занятию	1. работа с дополнительной литературой	14
4.	Теплообмен в элементах турбомашин	1. Работа с учебной литературой. 2. Проработка лекций 3. Подготовка к лабораторному занятию	1. работа с дополнительной литературой	14
5.	Решетки турбомашин	1. Работа с учебной литературой. 2. Проработка лекций 3. Подготовка к лабораторному занятию	1. работа с дополнительной литературой	14
6.	Численные методы интегрирования уравнений сохранения	1. Работа с учебной литературой. 2. Проработка лекций 3. Подготовка к лабораторному занятию	1. работа с дополнительной литературой	14
7.	Расчётные сетки	1. Работа с учебной литературой. 2. Проработка лекций 3. Подготовка к лабораторному занятию	1. работа с дополнительной литературой	14
8.	Пространственные турбулентные течения в решетках турбомашин	1. Работа с учебной литературой. 2. Проработка лекций 3. Подготовка к лабораторному занятию	1. работа с дополнительной литературой	14
9.	Вынужденные колебания и оценка вибрационных напряжений и усталостной прочности лопаток	1. Работа с учебной литературой. 2. Проработка лекций 3. Подготовка к лабораторному занятию	1. работа с дополнительной литературой	14
	ИТОГО:			126

4. 
   Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
   

4. 
   Содержание дисциплины.
   

4. 
   Темы лабораторных работ. (Лабораторный практикум)
   

7. 
   Примерная тематика рефератов. Темы рефератов формируются в зависимости от тем научного исследования аспирантов. Тема реферата может являться главой диссертации (расчет основных параметров, создание методики газодинамического расчет и др.). Объем реферата – 30-50 страниц. Реферат сдается на проверку преподавателю за 2 недели до окончании курса, после проверки защищается на зачетном занятии.
   
8. 
   Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы аспирантов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля).
   

1. 
   Основные сведения и принципы работы турбомашин. Существующие типы турбинных (паровых, газовых, гидравлических) и компрессорных установок, принцип их действия. Области применения турбинных и компрессорных установок, современный уровень параметров рабочего тела в турбомашинах, состояние развития их в России.
   
2. 
   Тепловые циклы турбинных установок. Тепловые циклы турбоустановок.
   
3. 
   Основные схемы паротурбинных, газотурбинных и парогазовых установок. Особенности пиковых и полупиковых турбоустановок.
   
4. 
   Экономичность турбоустановки и энергоблока. Влияние параметров рабочего тела на экономичность цикла. Комбинированная выработка тепла и электроэнергии.
   
5. 
   Течение рабочего тела в решётках профилей. Основные уравнения движения вязкого сжимаемого и несжимаемого рабочего тела.
   
6. 
   Уравнения движения двухфазного рабочего тела. Потери энергии при обтекании решёток.
   
7. 
   Турбинные и компрессорные решётки. Методы расчета обтекания решёток профилей.
   
8. 
   Теплообмен в элементах турбомашин. Основные уравнения теплопроводности и конвективного теплообмена.
   
9. 
   Теплообмен при фазовых превращениях. Теплообмен при проникающем охлаждении и газовых завесах.
   
10. 
    Распределение температуры в охлаждаемых турбинных лопатках, роторах и корпусах.
    
11. 
    Методы решения задач теплопроводности и теплообмена применительно к основным деталям турбин.
    
12. 
    Конструкции охлаждаемых лопаток газовых турбин.
    
13. 
    Решетки турбомашин. Турбинные и компрессорные решетки, их классификация. Геометрические и аэродинамические характеристики решеток турбомашин.
    
14. 
    Методы плоского, осесимметричного и пространственного расчета решеток.
    
15. 
    Профильные и концевые потери в решетках, методы их расчета.
    
16. 
    Нестационарные течения в решетках турбомашин. Переменные, аэродинамические силы. Флаттер и помпаж.
    
17. 
    Численные методы интегрирования уравнений сохранения.
    
18. 
    Метод конечных разностей.
    
19. 
    Метод контрольного объема.
    
20. 
    Метод расчёта давления.
    
21. 
    Методы решения систем линейных алгебраических уравнений.
    
22. 
    Расчётные сетки.
    
23. 
    Создание геометрии в CAD системах, импорт и экспорт математических моделей.
    
24. 
    Сеточные генераторы.
    
25. 
    Структурированные и неструктурированные сетки.
    
26. 
    Создание и редактирование структурированных сеток для задач турбомашиностроения.
    
27. 
    Экспорт сеток из сеточных генераторов в пакеты конечно-элементного анализа.
    
28. 
    Пространственные турбулентные течения в решетках турбомашин.
    
29. 
    Основные уравнения движения жидкости.
    
30. 
    Уравнение неразрывности.
    
31. 
    Уравнение расхода.
    
32. 
    Уравнения движения в форме Эйлера, Громеко-Лэмба и Навье – Стокса.
    
33. 
    Уравнение энергии и его формы.
    
34. 
    Течение вязкой жидкости. Точные решения уравнений Навье - Стокса.
    
35. 
    Ламинарный и турбулентный типы течения. Способы осреднения турбулентных потоков и их основные характеристики.
    
36. 
    Уравнение Рейнольдса. Пограничный слой. Пути решения уравнений для пограничного слоя.
    
37. 
    Модели турбулентности. Отрыв пограничного слоя и пути его предотвращения. Численные решения задач гидрогазодинамики.
    
38. 
    Вынужденные колебания и оценка вибрационных напряжений и усталостной прочности лопаток.
    
39. 
    Вынужденные колебания лопаток и оценка вибрационных напряжений и усталостной прочности лопаток.
    
40. 
    Методы обеспечения вибрационной надежности рабочих лопаток.
    

7. 
   Образовательные технологии.
   

• 
  лекции;
  
• 
  практические занятия;
  
• 
  работа в малых группах.
  

7. 
   Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля).
   

1. 
   Основная литература:
   

1. 
   Кислицын А.А., Шабаров А.Б. Тепломасообмен. – Тюмень, изд-во ТюмГУ, 2008.
   
2. 
   Кислицын А.А. Основы теплофизики. - Тюмень, изд-во ТюмГУ, 2002.
   
3. 
   Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: Учеб. пособ.: Для вузов. В 10т. Т. VI. Гидродинамика. -5-е изд., стереот. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. - 736 с.
   
4. 
   Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа: Учеб. для вузов. -7-е изд., испр - М.: Дрофа, 2003. - 840 с.
   
5. 
   Черный С.Г., Чирков Д.В., Лапин В.Н. и др. Численное моделирование течений в турбомашинах. Новосибирск: Наука, 2006. - 202 с.
   

1. 
   Электронная библиотека Попечительского совета механико-математического факультета Московского государственного университета http://lib.mexmat.ru;
   
2. 
   eLIBRARY – Научная электронная библиотека (Москва) http://elibrary.ru/;
   
3. 
   www.libtech.ru – учебная электронная библиотека «Нефть и газ».
   

7. 
   Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля).