RPK 3229 «Расчеты на персональном компьютере теплоэнергетических и теплотехнологических процессов и установок»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Теплоэнергетический факультет

Кафедра тепловых энергетических установок

«Утверждаю»

Декан ТЭФ___________М. У. Зияханов

«____»_____________2016 г.

СИЛЛАБУС

дисциплины

RPK 3229 «Расчеты на персональном компьютере теплоэнергетических и теплотехнологических процессов и установок»

для специальности «5В071700 – Теплоэнергетика»

Курс 3

Семестр 5

Всего кредитов 3

Всего кредитов ESTC 5

Всего часов 135

В том числе

Лекции 30

Лабораторные занятия 30

СРО 75

В том числе СРСП 30

РГР 3

Экзамен

Алматы, 2016

Силлабус составила. к.ф.- м. н. доцент Борисова Н.Г кафедры ТЭУ на основании рабочего учебного плана специальности «5В071700–Теплоэнергетика»

Силлабус рассмотрен и одобрен на заседании кафедры «Тепловые энергетические установки» 29.08. 2016г., протокол № 1.

Зав. кафедрой ______________ А.А. Кибарин

Силлабус рассмотрен и утвержден на заседании учебно-методической комиссии теплоэнергетического факультета (протокол № 1 от 09.09.16)

1 Преподаватели:

Борисова Нина Гавриловна, к.ф. - м.н., доцент ВАК, каб. А-118,

Контакты: (8-727) 292-78-98, : [email protected], [email protected]

Олжабаева К.С. старший преподаватель каб. А-118, Контакты: (8-727) 292-78-98, [email protected],

2 Время и место проведения аудиторных занятийкурса указано в расписании учебных занятий,график консультаций СРСПразмещен на досках объявлений деканата теплоэнергетического факультета (Б-233) и кафедры ТЭУ (А-118).

3 Характеристики учебной дисциплины

3.1 Цель курса – формирование у студентов знаний, умений, навыков, компетенций применения компьютерных технологий для расчета и математического моделирования объектов теплоэнергетики и теплотехнологий.

3.2 Задачи курса– овладение студентами элементами численных методов; приемами алгоритмизации; закрепления навыков использования языков программирования; проведения вычислительного эксперимента; использование компьютерных технологий для исследования процессов, установок и систем теплоэнергетики и теплотехнологий.

Описание курса

Дисциплина «Расчеты на персональном компьютере теплоэнергетических и теплотехнологических процессов и установок» является одной из базовых элективных дисциплин в подготовке бакалавров по специальности 5В071700-Теплоэнергетика и входит в модуль МТЭ-05 «Компьютерные технологии».

Студент, изучивший дисциплину, должен:

- иметь представление:

- о методах моделирования;

- о пакетах прикладных программ, используемых в теплоэнергетических расчетах;

- о возможностях компьютерных технологий при решении прикладных задач теплоэнергетики;

- знать:

- методы и алгоритмы, используемые при исследовании и моделировании процессов, аппаратов и систем теплоэнергетики и теплотехнологии;

- языки высокого уровня и методы программирования;

- владеть:

- способами алгоритмизации и программирования, хранения, обработки и представления информации;

- методами:

- интерполирования функций;

- численного интегрирования;

- решения трансцендентных уравнений, систем алгебраических уравнений, обыкновенных дифференциальных уравнений;

- решения задач условной оптимизации;

- решения задач стационарной и нестационарной теплопроводности, конвективного теплообмена;

- уметь:

- выбирать эффективный численный метод для решения конкретной задачи, оценивать его точность и надежность;

- использовать:

- языки высокого уровня для составления программ расчета;

- текстовые и графические редакторы, мультимедийные средства и компьютерную сеть;

-готовые пакеты прикладных программ для выполнения теплоэнергетических расчетов;

- автоматизированные экзаменационно–обучающие компьютерные системы для самообучения и самоконтроля;

- разрабатывать и использовать информационно-справочные системы и базы данных для обеспечения моделирования теплоэнергетических объектов;

- обладать компетенциями:

- обладать навыками обращения с современной техникой, уметь использовать информационные технологии в сфере профессиональной деятельности (ОБ-2);

−уметь ориентироваться в современных информационных потоках и адаптироваться к динамично меняющимся явлениям и процессам в мировой
экономике (М-1);

− способностью демонстрировать базовые знания в области естественнонаучных и специальных дисциплин и готовностью использовать полученные знания в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (СК-1);

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

− готовностью участвовать в сборе и анализе исходных данных для проектирования элементов оборудования и объектов деятельности в целом с использованием нормативной документации и современных методов поиска и обработки информации (СК-7);

− способностью проводить расчеты по типовым методикам и проектировать отдельные детали и узлы с использованием стандартных средств автоматизации проектирования в соответствии с техническим заданием (СК-8);

− готовностью участвовать в разработке проектной и рабочей технической документации, оформлении законченных проектно-конструкторских работ в соответствии со стандартами, техническими условиями и другими нормативными документами (СК-9);

− способностью к проведению экспериментов по заданной методике и анализу результатов с привлечением соответствующего математического аппарата (СК-17);

3.4 Пререквизиты дисциплины: «Математика 1,2», «Информатика», «Физика», «Химия», «Материаловедение», «Теоретические основы теплотехники», «Термодинамические основы циклов теплоэнергетических установок», «Механика жидкости и газа».

Дисциплина «Компьютерные технологии в теплоэнергетических расчетах» должна читаться после изучения студентами отдельных разделов (тем): математики (производная, дифференциал, интеграл, переменная, дифференциальные уравнения, уравнения математической физики, численные методы); физики (работа, энергия, тепловые явления, молекулярная физика, изменения состояния вещества, законы термодинамики, механики, теплового излучения); химии (элементы химической термодинамики – термодинамическое равновесие, равновесие в системах, химические реакции, тепловые эффекты); тепло - и массообмена (теплопроводность, теплопередача, конвективный теплообмен,тепломассообмен при фазовом переходе и химических превращениях, теплообмен излучением), механика жидкости и газа (гидрогазодинамика), а также информатики.

3.5 Постреквизиты дисциплины:«Теплоэнергетические системы и энергоиспользование», «Энергосбережение в системах производства тепловой и электрической энергии», «Паровые и газовые турбины», «Нагнетатели и тепловые двигатели», «Методы моделирования и оптимизации теплоэнергетических процессов и установок», «Котельные установки и парогенераторы», «Теплофикация и тепловые сети», «Эксплуатация основного оборудования ТЭС», «Системы производства и распределения энергоносителей промышленных предприятий», «Теплотехнологические процессы и установки», «ТАУ и САУ теплотехнологическими процессами в теплоэнергетике», НИРС, дипломное проектирование, магистерские дисциплины.

4 Структура и содержание дисциплины

4.1 Теоретическая подготовка (30 час.)

№ темы	Тема (модули, разделы, число часов)	Номер источника

1*	Введение. Цели, задачи, предмет дисциплины «Расчеты на персональном компьютере теплоэнергетических и теплотехнологических процессов и установок». Политика курса. Информационные технологии в теплоэнергетике. Технические средства информатизации.-2часа.	ЛО:4,5,7-12,ЛД:3-5,10-14,18
	Моделирование теплоэнергетических процессов и установок. Модели и виды моделирования. Математическое моделирование в теплоэнергетике и его реализация на РС.-2часа.	ЛО:4,5,7-12,ЛД:3-5,10-14,18
3*	Методы интерполирования функций. Использование табличного процессора Excel в методах полиномиального интерполирования.-2 часа.	ЛО:4,5,7-12,ЛД:3-5,10-14,18
4*	Методы численного интегрирования. Реализация численного интегрирования на РС с использованием программирования на языке Pascal. -2 часа.	ЛО:4,5,7-12,ЛД:3-5,10-14,18
5*	Приложения численных методов решения трансцендентных уравнений. Использование Маthcad, М Graph Excel. -2 часа.	ЛО:4,5,7-12,ЛД:3-5,10-14,18
6*	Приложения численных методов решения систем линейных и нелинейных алгебраических уравнений с использованием возможностей пакета Mathcad. -2 часа.	ЛО:4,5,7-12,ЛД:3-5,10-14,18
7*	Приложения численных методов решения обыкновенных дифференциальных уравнений в Mathcad, Excel, Pascal. - 2 часа.	ЛО:4,5,7-12,ЛД:3-5,10-14,18
	Приложения численных методов решения дифференциальных уравнений в частных производных в Mathcad, Excel, Pascal. - 2 часа.	ЛО:4,5,7-12,ЛД:3-5,10-14,18
9*	Численные методы и их компьютерная реализация при решении задач тепломассообмена и гидродинамики. - 2 часа.	ЛО:4,5,7-12,ЛД:3-5,10-14,18
	Методы математической статистики при изучении вязкого многофазного течения с использованием средств Mathcad. - 2 часа.	ЛО:4,5,7-12,ЛД:3-5,10-14,18
	Задачи оптимизации в теплоэнергетике и теплотехнике. Методы решения задач оптимизации. Классификация методов. Применение метода прямого спуска, методов безусловной оптимизации первого порядка (метод наискорейшего спуска). Задачи условной оптимизации и методы их решения.- 2 часа.	ЛО:4,5,7-12,ЛД:3-5,10-14,18
	Пакеты прикладных программ для решения теплоэнергетических и теплотехнических задач. . Структура и свойства пакетов прикладных программ (ППП). Разработка и тестирование ППП. Возможности ППП и управление его работой. Использование ППП для САПР. Использование системы Visio для проектирования теплотехнических схем.- 4 часа.	ЛО:4,5,7-12,ЛД:3-5,10-14,18
	Комплексы прикладных программ для моделирования процессов гидродинамики, тепломассопереноса. Автоматизированные системы данных и термодинамических свойств веществ (WSP). Комплексы прикладных программ для моделирования процессов гидродинамики, тепло – и массопереноса. Автоматизированные системы для моделирования теплоэнергетического оборудования (Gate Cycle, TWT Shell ЭЭЭ, Boiler dezigner ).- 4 часа.	ЛО:4,5,7-12,ЛД:3-5,10-14,18

Примечание: - темы, обозначенные *), читаются студентам заочного обучения, остальные темы изучаются ими в рамках СРС.

4.2 Практическая подготовка

Примерный перечень лабораторных работ (30 час.)

№ темы	Тема	Номер источника

	Расчет теплофизических свойств рабочих тел, используемых в теплоэнергетике. Использование ППП WSP.-4часа.	ЛО:7-9,14,ЛД:18
2*	Приближение функций и расчет теплотехнических таблиц. Численные методы интерполяции функций. Использование табличного процессора Excel в методах полиномиального интерполирования. -4часа.	ЛО:7-9, 14,ЛД:18
3*	Численное решение нелинейных алгебраических уравнений гидродинамики и теплообмена. Использование М Graph Excel. -4часа.	ЛО:7-9, 14,ЛД:18
4*	Численное интегрирование в тепловом расчете рекуператора. Реализация численного интегрирования на РС с использованием программирования на языке Pascal. -4часа.	ЛО:7-9,14,ЛД:18
5*	Численные методы решения систем алгебраических уравнений при гидравлических расчетах с использованием возможностей пакета Mathcad. -2часа.	ЛО:7-9,14,ЛД:18
6*	Численные методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений в теплотехнических расчетах. Реализация программ в Mathcad, Excel, Pascal. -4часа.	ЛО:7-9,14,ЛД:18
	Численные методы решения задач оптимизации в теплоэнергетике. -2 часа.	ЛО:7-9,14,ЛД:18
8*	Работа с ППП для теплоэнергетики (программный продукт ЭЭЭ). -2 часа.	ЛО:7-9,14,ЛД:18
	Моделирование и оптимизация поверхностного ТОА. -4 часа.	ЛО:7-9,14,ЛД:18

Примечание: - темы, обозначенные знаком *), выполняются студентами

заочного обучения.

Лабораторные работы проводятся в специализированной лаборатории кафедры ТЭУ А-323. Защита лабораторных работ осуществляется в соответствии с графиком выполнения и сдачи заданий по дисциплине, а также в рамках проведения СРСП.

4.3 Расчетно-графические работы*

Примерный перечень тем расчетно-графических работ:

4.3.1Компьютерная реализация интерполирования функций в теплоэнергетических расчетах.

4.3.2Компьютерная реализация интегрирования функций в теплоэнергетических расчетах.

4.3.3 Компьютерная реализация решения трансцендентных уравнений в теплоэнергетических расчетах.

4.3.4 Компьютерная реализация решения СЛАУ в теплоэнергетических расчетах.

4.3.5 Компьютерная реализация решения ОДУ в теплоэнергетических расчетах.

4.3.6 Компьютерная реализация решения задач оптимизации в теплоэнергетических расчетах.

4.3.7. Компьютерная реализация решения уравнений в частных производных в теплоэнергетических расчетах.

Темы РГР и методические указания к их выполнению выдаются студентам в электронном виде.

Выполнение РГР осуществляется в соответствии с графиком, а также в рамках проведения СРСП.

График выполнения РГР и контроля

№ п/п	Этап	Неделя
	Выдача задания на РГР№1
	Консультация №1
	Консультация №2
	Сдача РГР 1.
	Выдача задания на РГР№2.
	Консультация №3
	Консультация №4
	Текущее тестирование. РК1.
	Сдача РГР 2.
	Выдача задания на РГР№3.
	Консультация №5
	Консультация №6
	РК2. Сдача РГР 3.

Задания на РГР 1

Задания на РГР 2

Задания на РГР 3

Тематика СРО (75 час.)

4.4.1 Методы математического моделирования втеплоэнергетике.

4.4.2 Инструментальные средства IT.

4.4.3 Методы интегральных соотношений, конечно - разностные методы при решении задач вязкого течения жидкостей и газов в пограничном слое при внешнем обтекании тел.

4.4.4 Использование ППП для САПР в теплоэнергетике.

4.4.5 Autocad для проектирования теплотехнических схем.

4.4.6 Комплексы прикладных программ для моделирования процессов гидродинамики, тепло - и массопереноса.

4.4.7 Автоматизированные системы для моделирования теплоэнергетического оборудования.

В рамках СРО на 7 и 14 неделе проводится текущий контроль – тестирование по изученному материалу курса.

Система оценивания

Уровень Ваших достижений по программе курса оценивается по шкале итоговых оценок, принятой в кредитной технологии обучения (таблица 1).

Т а б л и ц а 1- Оценка достижений обучающегося

Оценка по буквенной системе	Баллы	%-ное содержание	Оценка по традиционной системе
А	4,0	95- 100	Отлично
А-	3,67	90-94	Отлично
В+	3,33	85-89	Хорошо
В	3,0	80-84	Хорошо
В-	2,67	75-79	Хорошо
С+	2,33	70-74	Удовлетворительно
С	2,0	65-69	Удовлетворительно
С-	1,67	60-64	Удовлетворительно
D+	1,33	55-59	Удовлетворительно
D-	1,0	50-54	удовлетворительно
F		0-49	Неудовлетворительно

Оценка рейтинга допуска (РД) накапливаетсяВами в течение семестра. Каждый вид учебной работы оценивается по 100-балльной шкале и включается в среднюю оценку текущего контроля (Ср) с учетом весового коэффициента в соответствии с таблицей 2.

Т а б л и ц а 2 - Значимость каждого вида работ

Вид работы	Весовой коэффициент
Выполнение лабораторного практикума	0,4
РГР 1,2,3	3х0,15
Текущее тестирование	0,15
Средняя оценка текущего контроля (Ср)	1,0

Рубежный контроль (РК) проводится два раза в семестр в соответствии с академическим календарем. Каждый РК (Р1 и Р2) оценивается по 100-балльной шкале, информационной системой рассчитывается среднее значение оценки РК

Рср = (Р1+Р2)/2

и включается в рейтинг допуска с весовым коэффициентом 0,2:

РД = 0,2Рср+0,8Ср.

Итоговая оценка по дисциплине выводится, как

И = 0,6РД+0,4Э,

где Э – оценка на экзамене.

Политика выставления баллов

Максимальные оценочные баллы проставляются при условии своевременного выполнения и высокого качества работы. Оценочные баллы тестирования и посещения лекционных занятий проставляются в зависимости от числа правильных ответов и числа пропущенных лекций.

6.3 Перевод оценок при организации академической мобильности обучающихся университета

Перевод оценок по ECTS (Европейская система трансферта (перевода) и накопления кредитов) в балльно-рейтинговую буквенную систему оценки учебных достижений обучающихся РК и обратно осуществляется согласно таблицам 3 и 4.

Т а б л и ц а 3 - Перевод оценок по ECTS в балльно-рейтинговую буквенную систему оценки учебных достижений обучающихся РК

Оценка по ECTS	Оценка по буквенной системе	Цифровой эквивалент баллов	%-ное содержание	Оценка по традиционной системе
А	А	4,0		Отлично
В	В+	3,33		Хорошо
С	В	3,0
D	С	2,0		Удовлетворительно
E	D	1,0
FX, F	F			Неудовлетворительно

Т а б л и ц а 4 - Перевод оценок балльно-рейтинговой буквенной системы РК

в оценки по ECTS

Оценка по буквенной системе	Цифровой эквивалент баллов	%-ное содержание	Оценка по традиционной системе	Оценка по ECTS
А	4,0	95-100	Отлично	А
А-	3,67	90-94
В+	3,33	85-89	Хорошо	В
В	3,0	80-84	Хорошо	С
В-	2,67	75-79
С+	2,33	70-74	Удовлетворительно
С	2,0	65-69	Удовлетворительно	D
С-	1,67	60-64
D+	1,33	55-59
D	1,0	50-54	Удовлетворительно	E
F		0-49	Неудовлетворительно	FX, F

Политика курса

Студентам следует придерживаться следующих правил:

7.1 Не опаздывать на занятия.

7.2 Не разговаривать во время занятий, не читать постороннюю литературу, отключить мобильный телефон.

7.3 На занятия приходить в деловой одежде.

7.4 Не пропускать занятия, в случае отсутствия по болезни предоставить справку.

7.5 Пропущенные занятия отрабатывать в рамках СРСП.

7.6 В случае пропуска более 6 часов лекционных занятий по неуважительной причине студент получает дополнительные задания в объеме РГР.

7.7 Старательно и своевременно выполнять семестровые задания.

7.8 В случае несвоевременного выполнения заданий и сдачи РГР. итоговая оценка снижается.

7.9 Аккуратно посещать СРСП.

7.10 Активно участвовать в учебном процессе и в НИРС.

7.11 Быть терпимым, открытым, откровенным и доброжелательным к сокурсникам и преподавателям.

7.12 Конструктивно поддерживать обратную связь на всех занятиях.

7.13 Содействовать коллективной работе и вовлечению в дискуссию более застенчивых студентов.

7.14 Быть ответственными, пунктуальными и обязательными.

Список литературы

Основная:

1. Бахвалов Н.С. Численные методы в задачах и упражнениях.-М.: «Бином», 2012.

2. Зализняк В.Е. Численные методы: Основы научных вычислений.-М.: «Юрайт»,2012

3. Калиткин Н.Н. Численные методы.-СПб.: «БХВ-петербург»,2011

4. Численное моделирование процессов тепломассопереноса в потоках при наличии горения /Под ред. А.С.Аскаровой и др.-А.: «Қазақ университеті»,2010

5. Численные методы теплофизики /Под ред. А.С.Аскаровой и др.-А.: «Қазақ университеті», 2008,9

6. Амосов А.А. Вычислительные методы для инженеров.- М.: МЭИ, 2003. – 596с.

7. Васильков Ю.В. Компьютерные технологии вычислений в математическом моделировании.- М.: ВШ, 2001.- 256 с.

8. Борисова Н.Г. Компьютерные технологии в теплоэнергетических расчетах. Методические указания к выполнению лабораторных работ. – А.: АИЭС, 2005.-36с.

9. Борисова Н.Г. Компьютерные технологии в теплоэнергетических расчетах. Конспект лекций для студентов всех форм обучения специальности 050717-Теплоэнергетика.- Алматы: АИЭС, 2010. – 57 с.

10. Основы современных компьютерных технологий. / Под ред. А.Д. Хоменко.- СПб.: КОРОНА, 2005.- 672с.

11. Кирьянов Д.В. Mathcad - 14.- СПб.: БХВ - Петербург, 2007.-704с.

12. Теплоэнергетика и теплотехника. Кн 1.Общие вопросы./под ред. А.В.Клименко.-М.: «МЭИ», 2007.- 456с.

14.Очков. В.Ф. и др. Теплотехнические этюды с Excel, Mathcad и Интернет.- СПб.: БХВ-Петербург, 2014.-336.

Дополнительная:

1. Пирумов У.Г. Численные методы. - М.: ДРОФА, 2007.- 221с.

2. Численные методы: Сборник задач /Под ред. У.Г. Пирумова. - М.: ДРОФА, 2007.- 144 с.

3. Киреев В.И., Пантелеев А.В. Численные методы в примерах и задачах.- М.: МАИ, 2000.- 376с.

4. Очков В.Ф. Современные информационные технологии в теплоэнергетике.- М.: МЭИ, 2007.- 67с.

5. Соболь Б.В. Методы оптимизации: Практикум.- Ростов н/Д.: Феникс, 2009.- 380с.

6. Охорзин В.А. Компьютерное моделирование в системе Mathcad.-М.: Финансы и статистика, 2006.-144с.

7. Голицина О.В. Информационные технологии. – М.: ФОРУМ: ИНФРА - М, 2008.- 608 с.

8. Максимов Н.В. Технические средства информатизации.- М.: ФОРУМ: ИНФРА - М, 2008.- 6592 с.

9. Теплоэнергетика и теплотехника. Общие вопросы: Справочник / Под ред. А.В. Клименко, В.М. Зорина. - М.: МЭИ, 1999. - 528 с.

10. Пасконов В.М., Полежаев В.И., Чудов Л.А. Численное моделирование процессов тепло - и массообмена. – М.: Наука, 1984.- 288с.

11. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. – М.: Энергоатомиздат, 1984.- 152 с.

12. Андерсон Д, Таннехилл Дж. Вычислительная гидромеханика и теплообмен. – М.: Мир, 1990.ч.1, 2 -728 с.

13. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Под. ред. Ю.И. Дытнерского. – М.: Химия, 1991.- 496 с.

14. Кафаров В.В., Глебов М.Б. Математическое моделирование основных процессов химических производств. – М.: ВШ.,1991.- 400 с.

15. Зайцев А.И. и др Математическое моделирование источников энергоснабжения промышленных предприятий. - М.: Энергия, 1991.-163 с.

16. Клима И. Оптимизация энергетических систем. - М.: ВШ, 1991.- 247 с.

17. Рыжиков Ю.И. Решение научно-технических задач на персональном компьютере. – СПб.: КОРОНА, 2000.- 272 с.

18. Шуп Т. Е. Прикладные численные методы в физике и технике. - М.: ВШ, 1990.- 255 с.

19. Ларсен Р. Инженерные расчеты в Excel.- М.:. ИД Вильямс, 2002.-545с.

20. Васильев А.Н. Excel-2007 на примерах.- СПб.: БХВ Петербург, 2007.- 656с.

21. Кульгин Н Б Программирование в Turbo Pascal 7.0 и Delphi.- СПб.: БХВ Петербург, 2007.- 400с.

22. Гартман Т.Н. Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов.-М.: «ИКЦ-Академкниг»,2008