Модуль 1 «введение» (ок-1, кд-1)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Тверской государственный технический университет»

 

                                     УТВЕРЖДАЮ

                                       Проректор по учебно-воспитательной работе

                                 _______________________А.В. Твардовский

                                      «_____» ______________ 20 11 г.

                                                                      

 

ПРОГРАММА

дисциплины базовой части «Основы гидравлики и теплотехники»

направление подготовки бакалавра 270800 Строительство

(первая редакция)

 

 

Факультет природопользования

и инженерной экологии

Кафедра гидравлики, теплотехники и гидропривода

 

 

Тверь 2011

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Лист согласования ……………………………………………………. 2

1. Цели и задачи дисциплины………………………………………. 3

2.  Место дисциплины в структуре ООП…………………………… 4

3. Требования к уровню освоения дисциплины……………………. 4

4. Карта компетенций дисциплины…………………………………. 5

5. Трудоемкость дисциплины……………………………… ………. 6

6. Структура и содержание дисциплины………………… ………... 7

Модули и их трудоемкость…………………………………… ….. 7

Содержание учебно-образовательных модулей……………… … 8

Лабораторный практикум………………………………………… 12

7. Самостоятельная работа студента…………………………….…. 13

8. Учебно-методическое и информационное

обеспечение дисциплины……………………………………………. 16

9. Материально-техническое обеспечение………………………… 17

10.  Оценка, диагностика и квалиметрия

результатов обучения………………………………………………… 18

11.  Методические рекомендации

по организации изучения дисциплины……………………………… 19

 

 

 

Программа дисциплины соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту в части требований к результатам освоения основных образовательных программ в предметной области дисциплины для указанного направления подготовки бакалавров, примерной программе дисциплины «Основы гидравлики и теплотехники», рекомендованной Министерством образования и науки Российской Федерации и учебному плану.

 

Разработчики программы:

 к.т.н., доцент                              Б.Ф.Кузнецов

 к.т.н., проф.                                   Е.Н. Коноплев

Программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры ГТиГП ___________, протокол № _______

 

Заведующий кафедрой                                    М.А.Скоробогатов

 

Согласовано

Начальник учебно-методического

отдела УМУ                                                            Д.А. Барчуков

 

Начальник отдела

комплектования

зональной научной библиотеки                                     Е.К. Егорова

 

1. Цель и задачи дисциплины.

Учебная дисциплина "Основы гидравлики и теплотехники" - обязательная дисциплина федеральных государственных образовательных стандартов всех направлений первого уровня высшего профессионального образования (бакалавриата).

Предметная область дисциплины включает изучение материальных и тепловых потоков, применяемых в устройствах инженерного оборудования зданий и сооружений, их состава, структуры и взаимодействия. В предметную область дисциплины также входит изучение видов и свойств тепло- и энергоносителей.

Объектами изучения в дисциплине "Основы гидравлики и теплотехники" являются основные законы гидравлики, технической термодинамики и теплопередачи. Законы гидравлики и тепломассообмена являются определяющими при интенсификации процессов в гидро-тепло-энергетическом оборудовании. На их основе решаются вопросы создания и поддержания микроклимата, вентиляции и водоснабжения производственных и жилых помещений и т.д.

Задачами дисциплины являются: умение применить полученные знания при выборе студентом вида системы водоснабжения и отопления, изучение режимов движения потоков воды и пара на основе законов гидравлики и теплотехники.

Основной целью образования по дисциплине «Основы гидравлики и теплотехники» является формирование профессиональной культуры, под которой понимается готовность и способность личности использовать в профессиональной деятельности приобретенную совокупность знаний, умений и навыков для обеспечения принятия взвешенных решений в сфере профессиональной деятельности, характера мышления и ценностных ориентаций, при которых вопросы гидро-энергообеспечения рассматриваются в качестве приоритета.

Основными обобщенными задачами дисциплины являются:

В результате освоения дисциплины обучающийся должен уметь:

- использовать гидравлические устройства и тепловые установки в

производстве.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен знать:

- основные законы гидростатики, кинематики и динамики движущихся

потоков;

- особенности движения жидкостей и газов по трубам;

- основные положения теории подобия гидродинамических и

теплообменных процессов;

 - основные законы термодинамики;

- характеристики термодинамических процессов; 

- принципы работы гидравлических машин и систем, их применение;

- виды и характеристики насосов и вентиляторов;

- принципы работы теплообменных аппаратов, и их применение.

2. Место дисциплины в структуре ООП.

Дисциплина относится к базовой (обязательной) части профессионального цикла структуры ООП. Для изучения курса требуются знания дисциплин «Физика», «Химия». Приобретенные знания в рамках данной дисциплины необходимы в дальнейшем при изучении дисциплин профессионального цикла и при выполнении технологической части выпускной квалификационной работы.

3. Требования к уровню освоения дисциплины.

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

- на допороговом уровне применительно к предметной области дисциплины:

владением культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию, систематизации информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1).

- на пороговом уровне:

- использование основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-1);

- способностью выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлечь их для решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-2);

- знанием нормативной базы и способностью проводить расчеты по типовым объектам (ПК-9);

В результате освоения дисциплины студент должен:

- знать: методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования и элементы нормативной базы в области инженерных изысканий, принципы проектирования инженерных систем и оборудования (ПК-1);

- уметь: выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности и привлекать их для решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-2);

- владеть: методами математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-1).

4. Карта компетенций дисциплины.

4.1 Компетенция ПК-1:

- использование основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования.

Содержание компетенции:

Знать: методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования.

Уметь: использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в своей профессиональной деятельности.

Владеть: аппаратом моделирования, теоретического и экспериментального исследования.

Технологии формирования: Лекции, самостоятельная работа, лабораторные занятия, семинары.

Формы оценочных средств:

Тесты, защита отчетов по лабораторным работам, зачет, контрольные работы.

Задачами изучения названной дисциплины являются:

– глубокое усвоение студентами физической сущности изучаемых гидромеханических и термодинамических явлений, а также четкое знание и понимание законов, лежащих в основе выводов уравнений равновесия и движения жидкости, тепло- и массопереноса и важнейших расчетных зависимостей;

– умение применять основные уравнения и расчетные формулы гидравлики и теплотехники для решения инженерных задач по избранной специальности;

– приобретение навыков самостоятельной работы с учебной, справочной и нормативной литературой;

– выработка умений в изложении и оформлении инженерных расчетов в соответствии с требованиями государственных стандартов.

 

4.2 Компетенция ПК-2:

- способностью выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлечь их для решения соответствующий физико-математический аппарат.

Содержание компетенции:

Знать: физическую сущность изучаемых гидромеханических и термодинамических явлений.

Уметь: применять основные уравнения и расчетные формулы гидравлики и теплотехники для решения инженерных задач по избранной специальности.

Владеть: методами решений уравнений равновесия и движения жидкости, тепло- и массопереноса и важнейших расчетных зависимостей.

Технологии формирования: Лекции, самостоятельная работа, лабораторные занятия, семинары.

Формы оценочных средств:

Тесты, защита отчетов по лабораторным работам, зачет, контрольные работы.

4.3 Компетенция ПК-9:

- знанием нормативной базы и способностью проводить расчеты по типовым методикам.

Содержание компетенции:

Знать: основные положения теории подобия гидродинамических и теплообменных процессов.

Уметь: самостоятельно работать с учебной, справочной и нормативной литературой.

Владеть: оформлением инженерных расчетов в соответствии с требованиями государственных стандартов.

.

Технологии формирования: Практические занятия, написание реферата.

Формы оценочных средств: активность участия на практических занятиях, реферат.

5. Трудоемкость дисциплины и виды учебной работы.

Таблица 1. Распределение трудоемкости дисциплины по видам учебной работы.

Вид учебной работы	Зачетных единиц	Академических часов
Общая трудоемкость дисциплины	4	144
Аудиторные занятия (всего)	3	51
В том числе:
Лекции	1	34
Лабораторные работы (ЛР)	1	17
Самостоятельная работа (всего)	2	93
В том числе:
Расчетно-графические работы	0,3	11,4
Реферат	1	38
Контроль промежуточный и итоговый (балльно-рейтинговый, зачет, экзамен)	0,7	26,6

6. Структура и содержание дисциплины.

Структура и содержание дисциплины построены по модульно-блочному принципу. Под модулем (разделом, темой) дисциплины понимается укрупненная логико-понятийная тема, характеризующаяся общностью использованного понятийно-терминологического аппарата. Каждый модуль состоит их двух блоков:

- инвариантного блока, включающего ядро (минимум) знаний, законов, принципов, понятий, обладающих содержательной и временной стабильностью;

- вариативного блока, включающего конкретные научно-практические знания и фактологический материал применительно к профессиональной деятельности.

6.1 Структура дисциплины.

Таблица 2. Модули (разделы) дисциплины, трудоемкость в часах и виды учебной работы.

№	Наименование                   модуля	Труд-ть часы	Лекции	Лаб. занятия	Сам. работа
1	Введение. Основные понятия и определения.	7	1		8
2	Гидростатика.	14	4	2	10
3	Кинематика жидкости.	6	2		5
4	Основы динамики вязкой несжимаемой жидкости.	14	2	2	11
5	Одномерные течения вязкой жидкости	13	2	6	6
6	Гидравлический расчет трубопроводов	19	6	8	6
7	Основные понятия и определения технической термодинамики. Смеси газов и теплоемкость.	8	2	2	7
8	Термодинамические процессы. Законы термодинамики.	15	3	2	9
9	Термодинамика потока. Компрессоры и компрессорные установки.	10	2	4	6
10	Основные понятия и определения процесса теплообмена. Теплопередача и теплообменные аппараты.	22	4	8	12
11	Топливо и его горение. Котельные установки и топочные устройства.	9	4		6
12	Теплоснабжение промышленных предприятий.	7	2		7
Всего на дисциплину (курс) «Основы гидравлики и теплотехники»		144	34	34	93

 

6.2 Содержание учебно-образовательных модулей.

Вариативный блок

Предмет гидравлики и его назначение в народном хозяйстве. Понятие «жидкость». Модели жидкой среды. Идеальная, ньютоновская и неньютоновская жидкости.

Вариативный блок

Абсолютный и относительный покой жидких сред. Силы, действующие в жидкости. Гидростатическое давление и его свойства. Дифференциальные уравнения равновесия жидкости. Интегрирование уравнений равновесия для несжимаемой жидкости, находящейся под действием сил тяжести и инерции. Закон Паскаля.

МОДУЛЬ 3

Инвариантный блок

  Два метода описания движения жидкостей. Ускорение жидкой частицы в переменных Эйлера. Линии и трубки тока. Поток жидкости, понятие о расходе, скорости течения. Уравнение неразрывности. Вихревая составляющая движения жидкости. Плоские безвихревые течения идеальной жидкости.

Вариативный блок

Неустановившееся и установившееся движение жидкости. Струйная модель движения жидкости. Элементарный расход. Поток, как совокупность элементарных струек. Элементы потока. Напорное и безнапорное движения. Расход и средняя скорость потока.

Вариативный блок

Уравнения Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости. Уравнение Навье-Стокса. Общая интегральная форма уравнений количества движения и момента количества движения. Общее уравнение энергии в интегральной и дифференциальной формах.

Вариативный блок

Одномерные потоки жидкостей и газов. Уравнения Бернулли для потока реальной жидкости. Физическая природа гидравлических сопротивлений. Основное уравнение равномерного движения. Режимы движения жидкости. Критерий Рейнольдса. Особенности ламинарного и турбулентного режимов движения жидкости в трубах. Зависимость коэффициента гидравлического трения в трубах от режима движения жидкости и шероховатости стенок (график Никурадзе). Местные сопротивления и потери напора. Способы снижения гидравлических потерь.

Вариативный блок

Классификация трубопроводов. Короткие и длинные трубопроводы. Расчет коротких трубопроводов. Расходная характеристика трубопровода (модуль расхода). Гидравлические характеристики трубопроводов. Расчет трубопровода с равномерным путевым расходом. Расчет длинных трубопроводов: простых и сложных. Гидравлический удар в трубопроводах. Защита от воздействия гидравлических ударов. Гидравлический таран.

МОДУЛЬ 7 «Основные понятия и определения технической термодинамики. Смеси газов и теплоемкость» ОК-1, КД-1)

Инвариантный блок

Предмет технической термодинамики, ее задачи и основные определения. Рабочее тело. Величины (параметры), определяющие состояние рабочего тела. Уравнение состояния идеального газа. Понятие о реальных газах и парах как рабочих телах. Внутренняя энергия и энтальпия рабочего тела. Понятие о газовой смеси. Состав смеси в массовых и объемных долях, соотношение между ними. Состав смеси, заданный числом молей. Газовая постоянная смеси.

Вариативный блок

Закон Дальтона. Парциальные объемы и давления компонентов газовой смеси. Влажный воздух, как смесь газов и его свойства. Диаграмма влажного воздуха.

Вариативный блок

Круговые замкнутые процессы – циклы. Свойства циклов. Прямые и обратные циклы, область применения и эффективность. Цикл Карно. Энтропия рабочего тела и ее физический смысл.

Вариативный блок

Многоступенчатое сжатие. Мощность привода компрессора. Адиабатный и изотермический КПД компрессора. Влияние «вредного» пространства на объемный КПД компрессора.

МОДУЛЬ 10 «Основные понятия и определения процесса теплообмена. Теплопередача и теплообменные аппараты» (ОК-4, КД-1)

Инвариантный блок

Виды и способы передачи тепла: теплопроводность, конвекция, конвективный теплообмен и излучение. Закон Фурье. Теплопроводность через плоскую и цилиндрическую стенки. Теплоизоляционные материалы. Четыре группы факторов, влияющих на конвективный теплообмен. Способы определения коэффициента конвективного теплообмена. Основные законы теплового излучения. Теплопередача через плоскую однородную многослойную стенку. Термическое сопротивление теплопередаче.

Вариативный блок

Назначение и классификация теплообменных аппаратов. Режимы работы теплообменников. Методика расчета и подбора теплообменных аппаратов для теплофикации.

Вариативный блок

Назначение, классификация и состав оборудования котельных установок. Методы сжигания топлива. Характеристика топочных устройств для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива.

Вариативный блок

Методы расчета тепловых нагрузок систем теплоснабжения. Потери тепла в системах теплоснабжения и пути их снижения. Направление и перспективы развития систем теплоснабжения.

6.3 Лабораторный практикум.

Таблица 3. Лабораторный практикум и его трудоемкость.

№ пп.	Учебно-образовательный модуль Цели практикума	Примерная тематика практикума	Трудоемкость в часах
1.	Модуль 2 Цель: подтвердить закон Паскаля, освоить методику построения эпюр	Экспериментальное доказательство закона Паскаля	2
2.	Модуль 4 Цель: определить опытным путём слагаемые уравнения Д.Бернулли, освоить методику построения линии полного напора	Экспериментальное определение составляющих уравнения Д.Бернулли	2
3.	Модуль 5 Цель: убедиться в существовании двух режимов течения жидкости.	Изучение режимов движения жидкости на установке Рейнольдса.	2
4.	Модуль 6 Цель: освоить методику определения коэффициентов потерь по длине и в местных сопротивлениях	Исследование гидравлического сопротивления напорных трубопроводов и определение коэффициента Дарси. Определение коэффициентов местных сопротивлений	2
5.	Модуль 7 Цель: освоить методику определения и расчета параметров влажного воздуха. Работа с диаграммой влажного воздуха.	Определение параметров влажного воздуха	2
6.	Модуль 8 Цель: освоить методику определения и расчета величин, входящих в уравнение первого закона термодинамики.	Первый закон термодинамики в приложении к решению одной из прикладных задач	2
7.	Модуль 9 Цель: освоить методику определения и расчета теоретической и действительной скорости истечения через суживающееся сопло.	Истечение воздуха через суживающееся сопло	2
8.	Модуль 10 Цель: 1. Освоить методику определения коэффициента теплопроводности. 2.Освоить методику и методы расчета интенсивности теплообмена при свободной и вынужденной конвекции.	1. Определение коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов (метод трубы) 2. Исследование теплообмена на горизонтальной трубе	2     1

 

7. Самостоятельная работа студента.

Цели самостоятельной работы

Формирование способностей к самостоятельному познанию и обучению, поиску литературы, обобщению, оформлению и представлению полученных результатов, их критическому анализу, поиску новых и неординарных решений, аргументированному отстаиванию своих предложений, умений подготовки выступлений и ведения дискуссий.

Организация самостоятельной работы

Самостоятельная работа заключается в изучении отдельных тем курса по заданию преподавателя по рекомендуемой им учебной литературе, в подготовке к лабораторному практикуму, семинарам, практическим занятиям, тренингам, деловым и ролевым обучающим играм, к рубежным контролям, экзамену или зачету, в выполнении домашнего задания, если таковое предусмотрено рабочей учебной программой вуза. В самостоятельную работу необходимо шире внедрять практику подготовки рефератов, презентаций и доклада по ним. После вводных лекций, в которых обозначается содержание дисциплины, ее проблематика и практическая значимость, студентам выдаются возможные темы рефератов в рамках предметной области дисциплины, из которых студенты выбирают тему своего реферата, при этом студентом может быть предложена и своя тематика. Тематика реферата должна иметь проблемный и профессионально ориентированный характер, требующей самостоятельной творческой работы студента. Студенты готовят принтерный вариант реферата, делают по нему презентацию (в Power Point) и доклад перед студентами группы. Обсуждение доклада происходит в диалоговом режиме между студентами, студентами и преподавателем, но без его доминирования. Такая интерактивная технология обучения способствует развитию у студентов информационной коммуникативности, рефлексии критического мышления, самопрезентации, умений вести дискуссию, отстаивать свою позицию и аргументировать ее, анализировать и синтезировать изучаемый материал, представлять его аудитории. Доклады по презентациям студенческих работ рекомендуется проводить в рамках обучающих практикумов, семинаров, студенческих вузовских и кафедральных конференций. Качество реферата (его структура, полнота, новизна, количество используемых источников, самостоятельность при его написании, степень оригинальности и инновационности предложенных решений, обобщений и выводов), а также уровень доклада (акцентированость, последовательность, убедительность, использование специальной терминологии) учитываются в системе бально-рейтингового контроля и итоговой экзаменационной оценке по дисциплине. 

Содержание самостоятельной работы

Тематика самостоятельной работы определяется вузом и должна иметь профессионально-ориентированный характер и непосредственную связь рассматриваемых вопросов безопасности и будущей профессиональной деятельности выпускника, т.е. иметь системно-деятельностную направленность. Тематическая направленность должна требовать активной творческой работы. Возможная тематическая направленность реферативной работы представлена для каждого учебно-образовательного модуля и области профессиональных знаний представлена в таблице 6.

Тематика реферативно-исследовательской работы выбирается студентом самостоятельно, при этом кафедра обеспечивает консультирование студента по ней и остальным видам самостоятельной работы.

 

Таблица 4. Возможная тематика реферативной работы

№ п/п	Учебно-образовательный модуль	Возможная тематика самостоятельной реферативной работы
1.

Модуль 1