Главная
страница 1
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ


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


Направление подготовки: 140700 Ядерная энергетика и теплофизика

Программа подготовки магистров: Теплофизика и молекулярная физика

Квалификация (степень) выпускника: магистр

Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"ТЕРМОДИНАМИКА НЕОБРАТИМЫХ ПРОЦЕССОВ"


Цикл:

профессиональный




Часть цикла:

по выбору




дисциплины по учебному плану:

ИТАЭ; М.2.11.1




Часов (всего) по учебному плану:

108




Трудоемкость в зачетных единицах:

3

2 семестр

Лекции

36 часов

2 семестр

Практические занятия

18 часов

2 семестр

Лабораторные работы

не предусмотрены




Расчетные задания, рефераты

не предусмотрены




Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

54 часа

2 семестр

Экзамены

не предусмотрены




Курсовые проекты (работы)

не предусмотрены






Москва - 2011

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является изучение основных положений и выводов термодинамики необратимых процессов, формирование у студентов научного, творческого подхода к решению практических задач, связанных с нестационарными, неравновесными потоками вещества, энергии и заряда в физических системах.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности, к изменению социокультурных и социальных условий деятельности (ОК-2);

использовать углубленные теоретические и практические знания, которые находятся на передовом рубеже науки и техники в области профессиональной деятельности (ПК-2).

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

применять современные методы исследования, проводить технические испытания и (или) научные эксперименты, оценивать результаты выполненной работы (ПК-6);

использовать современные достижения науки и техники в соответствующей области, специальную литературу и другие информационные данные для решения профессиональных задач, отечественный и зарубежный опыт, современные компьютерные информационные технологии, методы анализа, синтеза и оптимизации в научно-исследовательских работах (ПК-16);

владеть расчетно-теоретическими и экспериментальными методами исследования теплогидравлических процессов, использовать принципы организации научно-исследовательской работы, выполнять экспериментальные исследования и проводить обработку, анализ и обобщение полученных результатов (ПК-17);


Задачами дисциплины являются

обеспечить понимание ограничений и допущений, принятых при выводе основных соотношений термодинамики необратимых процессов;

объяснить важность и значение результатов, полученных в рамках линейной термодинамики необратимых процессов;

научить использовать полученные знания для установления однозначной связи между потоками физических величин (массы, энергии, заряда и т.д.) и внешними силами, действующими на систему;

научить выводить системы балансовых уравнений, полностью описывающих поведение системы во времени при протекании в ней неравновесных процессов под действием любых заданных сил и условий

сформировать четкое представление о таких физических явлениях, как термо-, баро- диффузия, эффект Дюфура (возникновение потока тепла под действием градиента концентраций), термоэлектрические явления (эффекты Зеебека и Пельтье), электрокинетические явления и др. эффекты.



2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части (дисциплина по выбору студента) профессионального цикла М.2 основной образовательной программы подготовки магистров «Теплофизика и молекулярная физика» направления 140700 «Ядерная энергетика и теплофизика».

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Математика», «Физика (общая)», «Физика специальная», «Термодинамика».

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении магистерской диссертации.



3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

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


Знать:

  • балансовые уравнения, характеризующие процессы переноса массы, импульса, энергии, заряда, энтропии и т.д. (ОК-2, ПК-2);

  • принцип локального термодинамического равновесия, его обоснование (ПК-5);

  • закон возрастания энтропии в результате необратимых процессов, его обоснование
    (ПК-5);

  • основные законы, полученные в рамках линейной термодинамики необратимых процессов (теорема Кюри, соотношения взаимности Онзагера) (ПК-17);

  • обобщенные законы процессов переноса, полученные в рамках линейной теории (ПК-6, ПК-17).


Уметь:

  • записывать систему уравнений, описывающую состояние неравновесной сплошной среды (ПК-2, ПК-6, ПК-17);

  • определять потоки и силы, существующие в неравновесных системах, подразделять их на скалярные, векторные и тензорные (ПК-6);

  • устанавливать связи между потоками и силами (ПК-6).


Владеть:

  • навыками дискуссии по профессиональной тематике (ОК-2);

  • терминологией в области термодинамики необратимых процессов (ОК-2, ПК-16).

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 108 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

Полевое описание неравновесной сплошной среды. Термины и определения.

12

2

4

2

--

6

Домашнее задание

2

Уравнения баланса массы, импульса, энергии многокомпонентной системы.

24

2

8

4

--

12

Домашнее задание

3

Первый закон термодинамики: локальная формулировка.

10

2

4

2

--

4

Домашнее задание

4

Второй закон термодинамики: локальная формулировка. Энтропия и уравнение Гиббса. Производство энтропии и необратимость.

14

2

6

2

--

6

Домашнее задание

5

Первый закон термодинамики: интегральные формулировки

10

2

2

2

--

6

Домашнее задание

6

Второй закон термодинамики: интегральная формулировка

10

2

2

2

--

6

Домашнее задание

7

Потоки и термодинамические силы. Теорема Кюри. Соотношения взаимности Онзагера

12

2

4

2

--

6

Домашнее задание

8

Процессы переноса. Диффузия и теплопроводность во многокомпонентных смесях. Вязкость. Химические реакции.

14

2

6

2

--

6

Домашнее задание




Зачет

2

2

--

--

--

2

Устный зачет




Итого:

108

2

36

18

--

54





4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции
1. Полевое описание неравновесной сплошной среды. Термины и определения..

Локальные и интегральные термодинамические функции. Уравнение локального баланса термодинамической величины. Уравнение интегрального баланса термодинамической величины.


2. Уравнения баланса массы, импульса, энергии многокомпонентной системы.

Уравнения баланса массы системы. Уравнения баланса масс компонентов системы. Уравнения баланса импульса системы.

Уравнения баланса энергии системы. Полная, собственная и внутренняя энергии. Плотность потока собственной энергии, производство собственной энергии. Уравнение локального баланса собственной энергии в переменных Эйлера и Лагранжа. Уравнение локального баланса кинетической энергии движущейся среды. Уравнение локального баланса внутренней энергии.
3. Первый закон термодинамики: локальная формулировка.

Понятие локального термодинамического равновесия. Локальная удельная внутренняя энергия как функция состояния. Локальные формулировки первого закона термодинамики. Температура, термическое и калорическое уравнения состояния.


4. Второй закон термодинамики: локальная формулировка. Энтропия и уравнение Гиббса. Производство энтропии и необратимость.

Энтропия и уравнение Гиббса: локальная формулировка второго закона термодинамики. Уравнение локального баланса энтропии. Производство энтропии и необратимость. Плотность теплового потока. Возрастание локального производства энтропии в результате необратимых процессов, протекающих в системе.


5. Первый закон термодинамики: интегральные формулировки.

Интегральный баланс внутренней энергии. Интегральный баланс энтальпии. Интегральный баланс полной энтальпии.


6. Второй закон термодинамики: интегральная формулировка.

Интегральный баланс энтропии и закон возрастания энтропии.


7. Потоки и термодинамические силы. Теорема Кюри. Соотношения взаимности Онзагера

Зависимость потоков от термодинамических сил. Линейная термодинамика необратимых процессов. Теорема Кюри. Применение теоремы Кюри к скалярным и векторным процессам переноса. Матрица кинетических коэффициентов. Соотношения взаимности Онзагера. Независимые потоки и термодинамические силы. Симметрия матрицы кинетических коэффициентов векторных процессов переноса.


8. Процессы переноса. Диффузия и теплопроводность во многокомпонентных смесях. Вязкость. Химические реакции.

Диффузия и теплопроводность во многокомпонентных смесях. Явление термодиффузии. Диффузионный термоэффект. Эффект Зеебека. Эффект Пельтье. Обобщенный закон Фика. Обобщенный закон Ома. Вязкость. Три независимых составляющих вклада вязких напряжений в производство энтропии. Сдвиговая вязкость. Торсионная вязкость. Объемная вязкость. Обобщенный закон Ньютона. Вид тензоров теплопроводности и электропроводности в анизотропных средах. Доказательство симметричности тензоров теплопроводности и электропроводности. Химическая кинетика. Зависимость скорости реакции от сродства. Теплопроводность химически реагирующих систем.


4.2.2. Практические занятия
Полевое описание неравновесной сплошной среды., условие неразрывности.

Правила построения локального и интегрального уравнений баланса термодинамической величины.

Внутренняя энергия, энтальпия, полная энтальпия неравновесной системы: вывод балансовых соотношений.

Интегральный баланс энтропии и закон возрастания энтропии.

Правила построения симметричной матрицы кинетических коэффициентов векторных процессов переноса.

Применение линейных законов переноса к процессам диффузии и теплопроводности.

Тензорные процессы переноса.
4.3. Лабораторные работы Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены.
4.4. Расчетные задания Расчетные задания учебным планом не предусмотрены.
4.5. Курсовые проекты и курсовые работы Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся как в традиционной форме, так и в форме лекций-семинаров. Лекционный материал изложен в виде электронного учебного пособия «Основы термодинамики неравновесных систем», подготовленного д.ф.-м.н., профессором каф. ИТФ МЭИ Семеновым А.М. В часы традиционных лекций разбирается сложный теоретический материал, дается вывод базовых соотношений, раскрывается смысл полученных результатов. Часть лекционного материала выносится в качестве домашнего задания для самостоятельной проработки с целью последующего совместного обсуждения на лекции-семинаре. В ходе лекции-семинара студенты отвечают на вопросы преподавателя, выступают у доски, поясняя обсуждаемый материал.
Практические занятия проводятся в традиционной форме. Список задач и необходимый дополнительный материал рассылается студентам посредством общеинститутской системы электронной почты. Порядок задач, их условие и уровень сложности варьируется преподавателем с учетом текущей успеваемости группы.
Самостоятельная работа включает подготовку к лекциям-семинарам, выполнение домашних заданий к практическим занятиям, подготовку к зачету.
6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются устный опрос.

Аттестация по дисциплине – зачет.

Оценка за освоение дисциплины определяется по итогам дифференцированного зачета, состоящего из теоретических вопросов и задач. При этом учитывается работа студента на лекциях-семинарах, его самостоятельная работа у доски на практических занятиях, посещение лекций. Проработка студентом в той или иной форме материала всех разделов курса - условие получения семестрового зачета.

В приложение к диплому вносится оценка за второй семестр.
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

1. Электронный конспект лекций по курсу «Основы термодинамики неравновесных систем» / А.М. Семенов   М.: МЭИ, 2001.


б) дополнительная литература:

1. Агеев Е.П. Неравновесная термодинамика в вопросах и ответах. – М.: Эдиториал УРСС, 2001.  136 с.

2. Пригожин И., Кондепуди Д. Современная термодинамика. От тепловых двигателей до диссипативных структур: Пер. с англ. – М.ю: Мир, 2002.  461с.
7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

нет

б) другие:

нет
8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории и возможность дистанционной рассылки учебных материалов.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки 140700 «Ядерная энергетика и теплофизика» и программе подготовки магистров «Теплофизика и молекулярная физика».



ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

к.т.н., доцент Захарова О.Д.




"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой ИТФ



д.т.н., с.н.с. Яньков Г.Г.


Смотрите также:
Программа подготовки магистров: Теплофизика и молекулярная физика Квалификация (степень) выпускника: магистр
137.26kb.
1 стр.
Программа подготовки магистров: Теплофизика и молекулярная физика Квалификация (степень) выпускника: магистр
113.69kb.
1 стр.
Программа подготовки магистров: Физико-технические проблемы атомной энергетики Квалификация (степень) выпускника: магистр
118.54kb.
1 стр.
Программа подготовки магистров: Технология воды и топлива в энергетике Квалификация (степень) выпускника: магистр
119.88kb.
1 стр.
Программа подготовки: «Энергетические установки на органическом и ядерном топливе» Квалификация (степень) выпускника: магистр
156.86kb.
1 стр.
Программа учебной практики Направление подготовки 080100. 62 «Экономика» Квалификация (степень) выпускника Бакалавр
239.01kb.
1 стр.
Программа учебной дисциплинЫ «введение в специальность» Направление подготовки: 130400 Горное дело
106.55kb.
1 стр.
Программа учебной дисциплины «Обогащение полезных ископаемых» Направление подготовки: 130400 Горное дело
203.91kb.
1 стр.
Программа учебной дисциплины «реконструкция подземных сооружений» Направление подготовки: 130400 Горное дело
223.52kb.
1 стр.
Программа учебной дисциплины «реконструкция горных предприятий» Направление подготовки: 130400 Горное дело
233.19kb.
1 стр.
Программа учебной дисциплины «история обогащения полезных ископаемых» Направление подготовки: 130400 Горное дело
246.69kb.
1 стр.
Рабочая программа дисциплины Физика Направление подготовки 010400 Прикладная математика и информатика Квалификация выпускника
199.93kb.
1 стр.