Структура та технологічна карта навчальної дисципліни
на 8 семестр 2015-2016 навч. року, група ЕТ-12
| Вид занять | Всього | Навчальні тижні | |||||||||||||||
| Аудиторні | Лекції | ||||||||||||||||
| Практичні | |||||||||||||||||
| Лабораторні | |||||||||||||||||
| Семінарські | |||||||||||||||||
| Поточний контроль | + | + | |||||||||||||||
| Контрольні роботи | + | + | |||||||||||||||
| Модульний контроль | №1 | №2 | |||||||||||||||
| Захист дом. зад. | |||||||||||||||||
| Захист лаборатор. | + | + | + | + | + | ||||||||||||
| Консультації | |||||||||||||||||
| Атестації | А | А | |||||||||||||||
| Всього | |||||||||||||||||
| Самостійні | Курс. робота | ||||||||||||||||
| Підгот. до занять | |||||||||||||||||
| Розрах.-граф | |||||||||||||||||
| Консультації | |||||||||||||||||
| Екскурсії | |||||||||||||||||
| Всього | |||||||||||||||||
| Навчальне навантаження студентів |
Підсумковий контроль – залік, курсова робота
ПІБ викладачів
| По-тік | Група | Лекції | Практичні (семінарські) | Лабораторні роботи | Курсова робота |
| - | ЕТ-12 | Гриценко О. С., асистент |
| Модуль | Тиждень | Вид занять | Тема та її зміст | Кількість годин | Контроль | Матеріал на модуль | Література стор. |
| Л ПЗ | Особливості вирішення інженерних задач нагріву твердих тіл за допомогою НРС з урахуванням променистого теплообміну на межі. Розробка фізичної моделі, динаміки температурного поля газової фази (факелу, газів, що відходять) в об’ємі металургійного ковша на газопальниковому стенді (при заданій температурі футерівки). | Схеми ПП ПК, ММП | [1], с. 4-14; [2], с. 4-7 | ||||
| ЛР | Розробка математичної моделі, динаміки температурного поля газової фази (факелу, газів, що відходять) в об’ємі металургійного ковша на газопальниковому стенді (при заданій температурі футерівки). | ||||||
| Л ПЗ | Особливості вирішення інженерних задач нагріву твердих тіл за допомогою ЯРС з урахуванням променистого теплообміну на межі. Розробка фізичної та математичної моделі, динаміки температурного поля металевої заготівки в печі при змінних граничних умовах теплообміну. Урахування змінних граничних умовах теплообміну по періодам нагріву. | ПК | [1], с. 25-54; [26], с. 6-53 | ||||
| ЛР | Розробка блок-схеми і прикладної програми для розрахунку динаміки дійсної температури газової фази, проведення розрахунків. | ||||||
| Л ПЗ | Сучасні тенденції розвитку інформаційних технологій в металургії і теплотехніці. Основні типи задач, які вирішуються з використанням детермінованих і комбінованих мат. моделей стосовно виробничих умов. Доробка математичної моделі з урахуванням променистого теплообміну на межі. | КР | [1], с. 25-54; [26], с. 6-53 |
| ЛР | Розробка фізичної моделі динаміки температурного поля футерівки металургійного ковша при його нагріванні на газопальниковому стенді (при заданій температурі газового факелу). | ЗЛР | Схеми ПП ПК, ММП | ||||
| Л ПЗ | Рішення задачі з нестаціонарного нагріву футерівки сталерозливного ковша на газопальниковому стенді. Фізична модель. Синтезування блочної комплексної математичної моделі процесів. Узагальнений алгоритм. Моделювання, динаміки температурного поля металевої заготівки в печі. Розробка блок-схеми і прикладної програми на ПК. | МК | [1], с. 167-218; [2], с. 50-125 | ||||
| ЛР | Розробка математичної моделі, динаміки температурного поля футерівки металургійного ковша при його нагріванні на газопальниковому стенді (при заданій температурі газового факелу). | ЗЛР | |||||
| Л ПЗ | Рішення задачі нестаціонарного нагріву металевої заготівки в печі при змінних граничних умовах теплообміну (з використанням метода кінцевих різностей з урахуванням залежності теплофізичних властивостей матеріалу від температури і складного теплообміну на межі). Моделювання, динаміки температурного поля металевої заготівки в печі. Розробка алгоритму лінійної оптимізації температури газового факелу у перший період нагріву | ПК | [1], с. 167-218; [2], с. 50-125 | ||||
| ЛР | Розробка блок-схеми і прикладної програми для розрахунку динаміки температурного поля футерівки ковша. Проведення розрахунків. | ЗЛР | Схеми ПП ПК, ММП | ||||
| Л ПЗ | Оптимізація температурного режиму нагрівальних і термічних печей з використанням математичних моделей, чисельних методів і ПК. Принципи побудови алгоритмів вирішення задачі. Оптимізація температурного режиму печі в I-ому періоді нагріву: Тпечі~f(τ). Моделювання, динаміки температурного поля металевої заготівки в печі. Розробка алгоритму ступінчатого методу оптимізації температури газового факелу у перший період нагріву | КР | [1], с. 167-218; [2], с. 50-125 |
| ЛР | Синтез комплексної моделі нагрівання футерівки металургійного ковша на газопальниковому стенді. Об’єднання фізичної та математичної моделей, обґрунтування додаткових припущень. Розробка алгоритму розв’язання та прикладної програми на ПК для комплексної моделі нагрівання футерівки металургійного ковша на газопальниковому стенді. | ЗЛР | |||||
| Л ПЗ | Вирішення комплексної задачі розрахунку динаміки температурного поля металевої заготівки в процесі її нагріву в печі з одночасною оптимізацією температурного режиму нагріву. Визначення оптимальної температури печі (витрати палива) при нагріванні металевої заготівки (з використанням розробленої комплексної детермінованої математичної моделі). | МК | [1], с. 167-218; [2], с. 50-125 | ||||
| ЛР | Розробка алгоритму проведення аналітичних досліджень впливу різних технологічних чинників (вигляд, склад і витрата палива, коефіцієнт надлишку повітря, температура підігріву, вологість, параметри футерівки та ін.) на показники процесу розігрівання металургійного ковша (з використанням комплексної детермінованої математичної моделі). | ЗЛР | Схеми ПП ПК, ММП | ||||
| Л ПЗ | Адаптація математичних моделей до реальних умов виробництва. Застосування математичних моделей для управління теплотехнологічними і металургійними процесами і агрегатами. Проведення аналітичних досліджень на ПК впливу різних технологічних чинників на показники процесу розігрівання металевої заготівки в печі. | [2], с. 50-125 |
Теми лабораторних робіт
| № теми | № заняття | Найменування заняття | Об’єм в годинах |
| 1, 2 | Моделювання динаміки зміни температури газової фази у порожнині ковша (з використанням фізичної моделі «розмитого факелу») визначення при заданих значеннях температури внутрішньої поверхні його футерівки | ||
| 3, 4, 5 | Моделювання динаміки зміни температурного поля футерівки металургійного ковша при заданих значеннях температури газової фази у порожнині ковша | ||
| 6, 7 | Вирішення комплексної задачі визначення оптимальної витрати палива при нагріванні футерівки металургійного ковша газопальниковому стенді перед прийняттям розплавленого металу |
Теми практичних занять
| № теми | № заняття | Найменування заняття | Об’єм в годинах |
| 1, 2 | Проведення чисельного експерименту за допомогою прикладної програми. Аналіз отриманих результатів розрахунків. | ||
| 3, 4, 5 | Розробка та відладка прикладної програми для ПК. Проведення чисельного експерименту. Аналіз отриманих результатів. | ||
| 6, 7, 8 | Рішення на основі математичного моделювання (з використанням розробленої комплексної детермінованої математичної моделі) з розробкою та обґрунтуванням технічних пропозицій (використовування теплоізоляційних матеріалів, спеціальних кришок, заміна матеріалів шарів футерівки, модернізація системи опалення, режимів експлуатації ковшів тощо). Математичне моделювання на ПК. |
Самостійна робота
| № з/п | Назва | Кількість годин |
| Виконання курсової роботи | ||
| Вивчення наступних тем: - Основні принципи розробки математичних моделей складних теплотехнічних об’єктів і систем. Блочне математичне моделювання. Системи і підсистеми. - Використання детермінованих і комбінованих математичних моделей при розв’язанні задач оптимізації теплотехнологічних процесів і систем. Вибір критеріїв оптимізації. - Сучасні тенденції розвитку інформаційних технологій в металургії і теплотехніці. - Використання детермінованих і комбінованих моделей при рішенні задач оптимізації теплотехнологічних процесів і систем. - Адаптація математичних моделей до реальних умов виробництва. Застосування математичних моделей для управління теплотехнологічними і металургійними процесами та агрегатами. | ||
| Разом |
Мета курсової роботи - одержання практичних навичок у рішенні інженерно-технічних задач теплофізики та металургійної теплотехніки з використанням методів математичного моделювання, оптимізації, сучасних чисельних методів та комп’ютера.
Загальна тема курсової роботи: “ Математичне моделювання динаміки температурного поля металевої заготівки в процесі її нагрівання в печі з оптимізацією першого періоду нагріву”.
Задачі роботи – розробка фізичної і математичної моделей процесу, методики, алгоритму і прикладної програми для розрахунку на ПК динаміки температурного поля металевої заготівки в процесі її нагрівання в печі і визначення оптимальних параметрів режиму нагріву (швидкість росту температури печі в першому періоді нагріву та ін.).
Студент одержує завдання на виконання курсової роботи на початку семестру, на виконання роботи приділяється 12-14 тижнів.
Робота виконується студентом самостійно, користуючись методичними вказівками до виконання курсової роботи. Викладач допомагає студенту в підборі літератури, постановці і формалізації задачі, виборі варіанта можливих рішень, консультує по розробці алгоритму рішення задачі.
Захист курсової роботи здійснюється тільки після одержання допуску від викладача. Для допуску до захисту студент повинний за 3…5 днів до зазначеного терміну в захисту роботи дати викладачу пояснювальну записку і прикладну програму на рецензію.
Методи навчання
Викладання лекцій здійснюється з використанням наглядних посібників, плакатів, комп’ютера. Дисципліна забезпечена методичними посібниками з самостійного вивчення матеріалу, виконання лабораторних робіт та домашніх завдань.
Методи контролю
Протягом часу вивчення курсу передбачаються поточні контролі, 2 контрольні роботи, 2 модульних контролю знань студентів, а також курсова робота.
Питання до контрольної роботи № 1
1. Розробка ЯРС з використанням методу балансів. Властивості ЯРС, умови стійкості ЯРС.
2. Застосування ЯРС до розв’язання задачі нестаціонарного нагріву (охолоджування) тіла за граничних умов теплообміну 1-го роду. Алгоритм розв’язання задачі, блок-схема прикладної програми для ПК.
3. Застосування ЯРС до розв’язання задачі нестаціонарного нагріву (охолоджування) тіла за граничних умов теплообміну 2-го роду. Алгоритм розв’язання задачі, блок-схема прикладної програми для ПК.
4. Застосування ЯРС до розв’язання задачі нестаціонарного нагріву (охолоджування) тіла за граничних умов теплообміну 3-ого роду. Алгоритм розв’язання задачі, блок-схема прикладної програми для ПК.
5. Розробка НРС з використанням методу балансів. Метод прогонки. Властивості НРС.
6. Застосування НРС до розв’язання нестаціонарної задачі теплопровідності за граничних умов теплообміну 1-го роду. Алгоритм розв’язання задачі, блок-схема прикладної програми для ПК.
7. Застосування НРС до розв’язання нестаціонарної задачі теплопровідності за граничних умов теплообміну 2-го роду. Алгоритм розв’язання задачі, блок-схема прикладної програми для ПК.
8. Застосування НРС до розв’язання нестаціонарної задачі теплопровідності за граничних умов теплообміну 3-го роду. Алгоритм розв’язання задачі, блок-схема прикладної програми для ПК.
Питання до контрольної роботи № 2
1. Нелінійні задачі теплопровідності. Причини не лінійності. Особливості розв’язання.
2. Урахування залежності теплофізичних властивостей матеріалу від температури при розв’язанні нестаціонарної задачі теплопровідності з використанням ЯРС.
3. Урахування залежності теплофізичних властивостей матеріалу від температури при розв’язанні нестаціонарної задачі теплопровідності з використанням НРС.
4. Урахування променистого теплообміну на межі з використанням методу ітерацій при розробці ЯРС.
5. Урахування променистого теплообміну на межі з використанням методу ітерацій при розробці НРС.
6. Особливості обліку складного теплообміну на межі при розрахунку нестаціонарного нагрівання тіла з використанням методу КР.
7. Особливості застосування чисельних методів при розрахунку нагрівання тіла з фазовими перетвореннями (на прикладі нагрівання і плавлення металевої заготівки у розплаві).
8. Урахування форми тіла при розв’язанні нестаціонарної задачі теплопровідності (на прикладі нагріву циліндрової заготівки).
Питання до модульного контролю № 1
1. Суть методу кінцевих різниць (на прикладі розв’язання нестаціонарної задачі теплопровідності).
2. Основні способи побудови кінцево-різницевих схем (РС): метод кінцево-різницевої апроксимації і метод балансів. Консервативні і неконсервативні РС. Порядок розробки РС.
3. Основні види кінцево-різницевих схем і їх особливості.
4. Основні властивості РС: збіжність, стійкість, огріх апроксимації та ін. Вимоги, що пред'являються до кінцево-різницевих схем.
5. Комбінована шеститочкова РС. Властивості. Особливості використовування в теплотехнічних розрахунках
6. Різницева схема Кранка-Ніколсона. Властивості. Особливості використовування в теплотехнічних розрахунках.
7. Розробка ЯРС з використанням методу балансів. Властивості ЯРС, умови стійкості ЯРС.
8. Застосування ЯРС до розв’язання задачі нестаціонарного нагріву (охолоджування) тіла за граничних умов теплообміну 1-го роду. Алгоритм розв’язання задачі, блок-схема прикладної програми для ПК.
9. Застосування ЯРС до розв’язання задачі нестаціонарного нагріву (охолоджування) тіла за граничних умов теплообміну 2-го роду. Алгоритм розв’язання задачі, блок-схема прикладної програми для ПК.
10. Застосування ЯРС до розв’язання задачі нестаціонарного нагріву (охолоджування) тіла за граничних умов теплообміну 3-ого роду. Алгоритм розв’язання задачі, блок-схема прикладної програми для ПК.
11. Розробка НРС з використанням методу балансів. Метод прогонки. Властивості НРС.
12. Застосування НРС до розв’язання нестаціонарної задачі теплопровідності за граничних умов теплообміну 1-го роду. Алгоритм розв’язання задачі, блок-схема прикладної програми для ПК.
13. Застосування НРС до розв’язання нестаціонарної задачі теплопровідності за граничних умов теплообміну 2-го роду. Алгоритм розв’язання задачі, блок-схема прикладної програми для ПК.
14. Застосування НРС до розв’язання нестаціонарної задачі теплопровідності за граничних умов теплообміну 3-го роду. Алгоритм розв’язання задачі, блок-схема прикладної програми для ПК.
Питання до модульного контролю № 2
1. Як вибирається оптимальний крок сітки за часом Dt?
2. Як вибирається оптимальний крок сітки за координатою Dх?
3. Розкажіть що таке швидкість збіжності.
4. Коли використовуються умови стійкості (кінцево-різнецевих схем) і для чого вони потрібні?
5. Запишіть умову стійкості ЯРС.
6.
7. Нелінійні задачі теплопровідності. Причини не лінійності. Особливості розв’язання.
8. Урахування залежності теплофізичних властивостей матеріалу від температури при розв’язанні нестаціонарної задачі теплопровідності з використанням ЯРС.
9. Урахування залежності теплофізичних властивостей матеріалу від температури при розв’язанні нестаціонарної задачі теплопровідності з використанням НРС.
10. Урахування променистого теплообміну на межі з використанням методу ітерацій при розробці ЯРС.
11. Урахування променистого теплообміну на межі з використанням методу ітерацій при розробці НРС.
12. Особливості обліку складного теплообміну на межі при розрахунку нестаціонарного нагрівання тіла з використанням методу КР.
13. Особливості застосування чисельних методів при розрахунку нагрівання тіла з фазовими перетвореннями (на прикладі нагрівання і плавлення металевої заготівки у розплаві).
14. Урахування форми тіла при розв’язанні нестаціонарної задачі теплопровідності (на прикладі нагріву циліндрової заготівки).
Питання для захисту курсової роботи
1. Які задачі вирішуються у курсовій роботі?
2. Вкажіть об'єкт і метод дослідження.
3. Дайте аналіз поставленої задачі.
4. Для чого необхідна фізична модель?
5. Дайте короткий опис фізичної моделі.
6. З яких міркувань вибирається режим нагрівання тіла?
7. По яких критеріях ми визначаємо тип тіла («термічно тонке» або «термічно масивне»)?
8. Який вид теплообміну в печі і як це впливає на складання математичної моделі?
9. Як в математичній моделі ураховується масивність тіла?
10. Які прийняті допущення при розробці математичної моделі?
11. Який вид нагріву металевої заготовки?
12. Які умови однозначності були вибрані для даної задачі?
13. Які кінцево-різницеві схеми ви знаєте?
14. Дайте визначення ЯРС.
15. Дайте визначення НРС.
16. Поясніть метод прогону. Де і для чого він застосовується?
17. Переваги та недоліки вибраної кінцево-різнецевої схеми для розв’язання системи рівнянь математичної моделі.
18. Виведення основних кінцево-різнецевих рівнянь математичної моделі.
19. Єство методу оптимізації температури печі в першому періоді нагріву металевої заготівки.
20. Критерії оптимізації температури печі в першому періоді нагріву металевої заготівки.
21. Як вибирається оптимальний крок сітки за часом Dt?
22. Як вибирається оптимальний крок сітки за координатою Dх?
23. Розкажіть що таке швидкість збіжності.
24. Коли використовуються умови стійкості (кінцево-різнецевих схем) і для чого вони потрібні?
25. Запишіть умову стійкості ЯРС.
26. Складіть тепловий баланс для і-го вузла сітки.
27. Виведіть кінцеве рівняння для і-го вузла сітки.
28. Складіть тепловий баланс для 1-го вузла сітки.
29. Виведіть кінцеве рівняння для 1-го вузла сітки.
30. Складіть тепловий баланс для n-го вузла, за граничних умов теплообміну І-го роду.
31. Виведіть кінцеве рівняння для n-го вузла за граничних умов теплообміну І-го роду.
32. Складіть тепловий баланс для n-го вузла, за граничних умов теплообміну II-го роду.
33.Виведіть кінцеве рівняння для n-го вузла за граничних умов теплообміну II-го роду.
34.Складіть тепловий баланс для n-го вузла, за граничних умов теплообміну III-го роду.
35.Виведіть кінцеве рівняння для n-го вузла за граничних умов теплообміну III-го роду.
36.Запишіть рівняння (формулу) методу прогону.
37.Яким чином ураховується залежність ТФВ матеріалу заготівки від температури?
38.Розкажіть алгоритм визначення температури печі в першому періоді.
39.Які алгоритми оптимізації Ви знаєте.
40.Основні положення алгоритму оптимізації, який використовується в даній роботі.
41.Для чого застосовують алгоритми оптимізації? Як обробляти отримані результати?
42.Розкажіть алгоритм уточненого розрахунку коефіцієнта променистої тепловіддачі.
43.Розкажіть алгоритм використання НРС.
44.Розкажіть алгоритм використання ЯРС.
45.Розкажіть, користуючись блок-схемою, алгоритм розрахунку 1-го періоду нагрівання металевої заготівки в печі.
46.Розкажіть за допомогою блок-схеми алгоритм оптимізації температури печі в першому періоді нагріву.
47.Покажіть в блок-схемі умови стійкості РС і як реалізований вибір оптимального кроку за часом Dt і координаті Dх
48.Розкажіть по блок-схемі і програмі алгоритм розрахунку 2-го періоду нагріву металевої заготівки в печі.
49.Розкажіть по блок-схемі і програмі алгоритм розрахунку 3-го періоду нагріву металевої заготівки в печі.
50.Зробіть аналіз отриманих результатів розрахунку.
51.Проаналізуйте, на скільки поліпшився режим нагріву металу. Що це може дати на реальному агрегаті.
52.Проаналізуйте графік зміни температури печі.
53.Проаналізуйте графіки зміни температури центру заготівки і її поверхні.
54.Які задачі виробництва можна вирішувати за допомогою розроблених в курсовій роботі математичної моделі, алгоритму і прикладної програми для ПК?
55.Зробіть узагальнюючі висновки по даній роботі.