Московский энергетический институт





Скачать 157.64 Kb.
НазваниеМосковский энергетический институт
Дата публикации20.07.2013
Размер157.64 Kb.
ТипРабочая программа
100-bal.ru > Физика > Рабочая программа
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ


(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ИНСТИТУТ ТЕПЛОВОЙ И АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИТАЭ)
___________________________________________________________________________________________________________


Направление подготовки: 140700 Ядерная энергетика и теплофизика

Магистерская программа: Нанотехнологии и наноматериалы в энергетике

Квалификация (степень) выпускника: магистр

Форма обучения: очная


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В НАНОСТРУКТУРАХ»



Цикл:

Профессиональный




Часть цикла:

Вариативная




дисциплины по учебному плану:

ИТАЭ; М.2.4




Часов (всего) по учебному плану:

180




Трудоемкость в зачетных единицах:

5

1 семестр – 3;

2 семестр – 2

Лекции

72 часа

1 семестр – 36 часов,

2 семестр – 36 часов

Практические занятия

36 часа

1 семестр – 18 часов,

2 семестр – 18 часов

Лабораторные работы

не предусмотрено

-

Расчетные задания, рефераты

18 часов самостоят. работы

1 семестр – 18 часов


Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

72 часа

1 и 2 семестры


Зачет

4 часа самостоят. работы

1 семестр – 2 часа,

2 семестр – 2 часа

Экзамен

27 часов самостоят работы

1 и 2 семестры

Курсовые проекты (работы)

не предусмотрены

-



Москва - 2011

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является систематизация полученных при изучении базовых дисциплин специальности знаний о тепловых процессах в наносистемах и наноструктурированных материалах, особенностях размерных эффектов и теплопереноса в одномерных, двумерных и трехмерных наноструктурах, теплопереносу в наножидкостях и нанокомпозитах, переносу тепла в наноструктурированных термоэлектрических материалах и особенностям радиационного переноса в наносистемах с учетом размерных и квантовых эффектов, ознакомление с современным состоянием исследований в соответствующих областях, приобретение навыков выполнения на этой основе инженерных расчетов для решения конкретных прикладных задач.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

  • к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей профессиональной компетенции (ОК-2, ПК-1);

  • к практическому анализу логики различного рода рассуждений, к публичным выступлениям, аргументации, ведению дискуссии и полемики (ОК-3, ПК-8);

  • к изучению научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта по тематике исследования, к анализу рынка научно-технической продукции (ОК-8);

  • анализировать естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности (ПК-5);

  • понимать и анализировать технологические проблемы в энергетике, работать над решением этих проблем, используя разносторонние междисциплинарные знания по нанотехнологиям и наноматериалам (ПК-2);
  • использовать полученные специализированные знания для проектирования, создания и эксплуатации разнообразных установок в энергетике (ПК-5, ПК-7);


  • использовать информацию о новых технологических процессах и новых видах технологического оборудования (ПК-7);

  • использовать современные информационные технологии для выполнения научных и научно-технологических проектов по широкому спектру направлений развития нанотехнологий (ОК-6, ПК-9).

Задачами дисциплины являются:

  • познакомить обучающихся с методами описания наносистем и наноматериалов с точки зрения особенностей переноса тепла с учетом размерных и квантовых эффектов;

  • дать информацию о свойствах, специфике описания и применении процессов переноса тепла в наноматериалах и нанотехнологиях, отдельных нанотехнологических устройствах применительно к энергетике;

  • научить принимать и обосновывать конкретные методические решения при обосновании расчетов технологических процессов и схем при получении и использовании функциональных наноматериалов и нанотехнологий в энергетике.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла М.2 основной образовательной программы подготовки магистров, обучающихся по программе «Нанотехнологии и наноматериалы в энергетике» направления 140700 Ядерная энергетика и теплофизика.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Математика», «Физика (общая)», «Прикладная физика», «Термодинамика», «Теория тепло- и массообмена», «Физика конденсированного состояния», «Квантовая и оптическая электроника» и учебно-производственной практике.

Знания, полученные в ходе освоения дисциплины, необходимы при выполнении программы магистерской подготовки и оформления соответствующей выпускной диссертации.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

  • основные источники научно-технической информации по применению и областям реализации теплофизических процессов с учетом квантовых и размерных эффектов;

  • способы расчета процессов переноса тепла в наноматериалах и наносистемах с целью применения их на практике для разработки новых функциональных наноматериалов и процессов в энергетике, нанотехнологических устройств, оборудования, машин и аппаратов высоких технологий;

  • методы расчета процессов переноса тепла в системах прямого преобразования энергии с применением нанотехнологий и наноматериалов.

Уметь:

  • самостоятельно разбираться в методиках расчета переноса тепла и применять их для решения поставленной задачи;

  • осуществлять поиск и анализировать научно-техническую информацию;

  • анализировать информацию о тепловых процессах в наноматериалах и нанотехнологиях.

Владеть:

  • навыками дискуссии по профессиональной тематике;

  • терминологией в области методов описания систем и процессов переноса тепла в наноматериалах и нанотехнологиях;

  • навыками применения полученной информации при расчете переноса тепла в наноструктурах с учетом размерных и иных эффектов;

  • навыками дискуссии по профессиональной тематике.

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц, 180 часов.



п/п

Раздел дисциплины.

Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)

Всего часов на раздел

Семестр

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости

(по разделам)


лк

пр

лаб

сам.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Введение в теплофизику микро- и наносистем

10

1

4

2




4

Тесты

2

Пространственные и временные масштабы при внутреннем переносе энергии и тепла

8

1

4

2




2

Устный опрос (коллоквиум)

3

Микроскопические основы термопереноса

14

1

8

4




2

Тесты

4

Кинетика переноса тепла в наноструктурах

24

1

14

8




2

Устный опрос (коллоквиум) I

5

Теплоперенос в нанотрубках и графене

10

1

6

2




2

Контрольная работа

6

Теплоперенос в нанокомпозитах

16

2

8

4




4

Тесты

7

Теплоперенос в наножидкостях

14

2

6

4




4

Тесты

8

Микро- и наногидродинамика

18

2

8

6




4

Устный опрос (коллоквиум) I

9

Теплоперенос в термоэлектрических наноматериалах

10

2

6

2




2

Тесты

10

Радиационный теплоперенос в наноструктурах

14

2

8

2




4

Устный опрос (коллоквиум) I




Расчетное задание

18

1










18

Отчет по заданию




Зачет

4

1,2

--

--

--

4

Устный опрос




Экзамен

20

1,2










20

Устный




Итого:

180




72

36




72





4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции:

1 семестр

1. Введение в теплофизику микро- и наносистем

Тепловые процессы и их эволюция. Нагрев и утилизация тепла в микроэлектронике

Температурные градиенты внутри микро- и наноустройств. Эволюция скорости передачи данных. Методы охлаждения электронных устройств. Механизмы переноса тепла и охлаждение микроэлектронных устройств.

2. Пространственные и временные масштабы при

внутреннем переносе энергии и тепла.

Характерное распределение температуры в перспективном транзисторном узле. Кремниевая наноэлектроника – проблемы охлаждения. Углеродная наноэлектроника – проблемы охлаждения. Характерные объекты нанотеплофизики: простые, сложные, контактные. Примеры характерных объектов наноструктур для изучения переноса тепла.

  1. Микроскопические основы термопереноса

Происхождение носителей тепла. Кристаллическая решетка и фононы. Колебания кристаллической решетки: один и два атома в ячейке. Акустические и оптические моды в кристалле. Фононы в конденсированном теле и их основные свойства. Статистика и плотность состояний фононов. Теплоемкость кристаллической решетки. Фононная теплопроводность диэлектриков.

  1. Кинетика переноса тепла в наноструктурах

Проблемы описания переноса тела с учетом размерных эффектов. Схема различных режимов переноса с учетом размерных эффектов. Теплоперенос в нанопроволоках. Кинетика описания переноса тепла в нанопроволоках. Метод вычисления теплопроводности нанопроволок. Теплопроводность нанопроволок Si: эксперименты и модели.

  1. Теплоперенос в нанотрубках и графене

Теплоперенос в нанотрубках. Экспериментальные данные и модели переноса. Баллистический перенос тепла в ОСУНТ. Квантование теплопроводимости нанотрубок. Квазибаллистический теплоперенос в ОСУНТ. Особенности теплопроводности металлических нанотрубок. Диффузионный перенос в ОСУНТ. Крушение закона Фурье в нанотрубках. Термическая проводимость наноматов углеродных нанотрубок. Перенос тепла в графене.

2 семестр

6. Теплоперенос в нанокомпозитах.

Типы нанокомпозитов и особенности переноса тепла в них. Микрокомпозиты и эффективная среда: модели и ограничения. Модели эффективного переноса тепла в нанокомпозитах. Роль термического сопротивления на границах. Тепловые свойства нанокомпозитов на основе углеродных нанотрубок и полиэтилена высокой плотности. Метод неравновесной молекулярной динамики при расчете теплопереноса в нанокомпозитах.

  1. Теплоперенос в наножидкостях

Общие свойства наножидкостей. Теплопроводность и конвективный перенос тепла в наножидкостях. Процессы кипения наножидкостей. Модели эффективной среды для наножидкостей. Экспериментальные данные по теплопереносу в наножидкостях.

  1. Микро- и наногидродинамика

Особенности гидродинамики в микро- и наномасштабах. Общие уравнения гидродинамики: вклад размерных эффектов. Граничное условие проскальзывания. Течения в плоских и каналах и каналах кругового сечения: течения Куэтта и Пуазейля с эффектами проскальзывания. Течения через мембраны с нанопорами. Течения внутри нанотрубок и полых нанопровлок. Двухфазные микро- и нанотечения. Системы и устройства с микро- и нанотечениями.

  1. Теплоперенос в термоэлектрических наноматериалах

Общие свойства термоэлектричества. Наноматериалы в термоэлектрическом преобразовании энергии и термоэлектрическом охлаждении. Эффективность термоэлектрического преобразования. Расчет параметров переноса тепла в термоэлектрических наноматериалах.

  1. Радиационный теплоперенос в наноструктурах

Флуктуации электромагнитного поля как источник теплового излучения. Роль поверхностных поляритонов в формировании ближнего радиационного поля. Тепловая радиация в дальнем и ближнем поле. Особенности радиационного переноса тепла в наноструктурах. Вычисление тепловых радиационных потоков в конкретных наносистемах: между двумя плоскостями, между наночастицей и поверхностью, между двумя наночастицами.

4.2.2. Практические занятия

1 семестр

Анализ методов вычисления переноса тепла. Вычисление теплопроводности на основе решений уравнения Больцмана. Методы расчета теплопроводности нанопроволок и нанотрубок.

2 семестр
Вычисление теплопроводности нанокомпозитов. Расчет конвективного переноса тепла в наножидкостях. Вычисление радиационного переноса тепла между нанозазорами.
4.3. Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены

4.4. Расчетные задания

1 семестр

Метод Монте Карло для уравнения Больцмана (нанопроволоки и нанотрубки). Метод молекулярной динамики для вычисления теплопроводности простейших наноструктур.

Сравнительный анализ переноса тепла в различных нанотрубках. Вычисление теплопереноса в нанокомпозитах. Расчет конвективного переноса тепла в наножидкостях: плоские каналы и каналы кругового сечения. Вычисление радиационного переноса тепла между двумя наночастицами.
4.5. Курсовые проекты и курсовые работы учебным планом не предусмотрены

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в основном с использованием компьютерных презентаций, в том числе представленных на современных отечественных и зарубежных научно-технических конференциях. Практикуется также и традиционная форма изложения материала. В некоторых лекциях на ряде конкретных примеров проводится подробный анализ решения прикладных задач, что позволяет привить студентам навыки выполнения расчетов необходимых для разработки новых технических наноустройств.

Самостоятельная работа включает подготовку к устным опросам (коллоквиумам) и контрольной работе, в том числе углубленное изучение ряда подразделов курса и подготовку к зачету.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются
1 семестр
1 опрос (коллоквиум), 1 контрольная работа.
2 семестр
1 опрос (коллоквиум), 1 контрольная работа.

Аттестация по дисциплине – зачеты и экзамены - 1,2 семестры.

Оценка за освоение дисциплины определяется как

0,75х оценка за контрольную работу + 0,25х оценка за расчетное задание.

В приложение к диплому вносится оценка за 2 семестр

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

  1. Дмитриев А.С. Основы криофизики конденсированных систем. Учебное пособие. М.: Моск. энерг. ин-т. 2006.

  2. Дмитриев А.С. Тепловые процессы в наноструктурах. БИНОМ. Лаборатория знаний. 2011.

  3. Zh. Zhang. Nano/Microscale Heat Transfer. McGraw-Hill. 2007.

б) дополнительная литература:

  1. Дмитриев А.С. Теплофизические проблемы наноэнергетики. Часть 1. Теплоэнергетика. №12. 2010.

  2. Дмитриев А.С. Теплофизические проблемы наноэнергетики. Часть 2. Теплоэнергетика. №4. 2011.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

www.mit.edu – современные подходы и методы к процессам переноса в наносистемах и наноструктурах; http://www.cham.uk – современное программное обеспечение для расчет переноса тепла и гидродинамики; http://www.me.gatech.edu/~zzhang/ - методы расчета радиационного теплопереноса в микро- и наносистемах.

б) другие:

учебный фильм «Неизбежность странного мира» (квантовая механика); учебный фильм «Нанокомпозиты».
8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки магистров 140700 «Ядерная энергетика и теплофизика» по магистерской программы «Нанотехнологии и наноматериалы в энергетике».
ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

проф., д.т.н. Дмитриев А.С.
"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой низких температур

д.т.н., профессор Дмитриев А.С.

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Московский энергетический институт iconМосковский энергетический институт
Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики (мгту мирэа)
Московский энергетический институт iconМосковский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт)

Московский энергетический институт iconМосковский энергетический институт (технический университет) институт электроэнергетики (иээ)

Московский энергетический институт iconМосковский энергетический институт (технический университет) институт...

Московский энергетический институт iconМосковский энергетический институт (технический университет) институт...

Московский энергетический институт iconМосковский энергетический институт (технический университет) институт...

Московский энергетический институт iconМосковский энергетический институт (технический университет) институт электротехники

Московский энергетический институт iconМосковский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт)
Профиль(и) подготовки: Техногенная безопасность в электроэнергетике и электротехнике
Московский энергетический институт iconМосковский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт)
Профиль(и) подготовки: Техногенная безопасность в электроэнергетике и электротехнике
Московский энергетический институт iconМосковский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт)
Профиль(и) подготовки: Техногенная безопасность в электроэнергетике и электротехнике
Московский энергетический институт iconМосковский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт)
Профиль(и) подготовки: Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений
Московский энергетический институт iconМосковский энергетический институт (технический университет) институт электротехники
Магистерская программа: Электротехнические, электромеханические и электронные системы автономных объектов
Московский энергетический институт iconМосковский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт)
Профиль(и) подготовки: Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений
Московский энергетический институт iconМосковский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт)
Программа магистратуры: Электротехнологические процессы и установки с системами питания и управления
Московский энергетический институт iconМосковский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт)
Для магистерской программы «Электрические аппараты управления и распределения энергии»
Московский энергетический институт iconМосковский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт)
Программа магистратуры: Электромеханическое преобразование энергии и методы его исследования


Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
100-bal.ru
Поиск