система качества - Алтайский государственный ...

СИСТЕМА КАЧЕСТВА

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«Теория горения» (ОД.А.03; цикл ОД.А.00 «Обязательные

дисциплины» основной образовательной программы

подготовки аспиранта по отрасли Технические науки,

специальность 01.04.14 – Теплофизика и теоретическая

теплотехника)

с. 2 из 11

2

Рабочая программа составлена на федеральных государственных требований к

структуре основной профессиональной образовательной программы послевузовского

профессионального образования (аспирантура), утвержденных приказом Минобрнауки РФ

от 16.03.2011 г. № 136; программы-минимум кандидатского экзамена и паспорта специ-

альностей научных работников по специальности 01.04.14 «Теплофизика и теоретическая

теплотехника» и учебным планом АлтГТУ по основной образовательной программе аспи-

рантской подготовки.

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ МЕСТО В СИСТЕМЕ ПОДГОТОВ-

КИ АСПИРАНТА, ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИС-

ЦИПЛИНЫ

1.1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Цель изучения дисциплины «Теория горения» является углубление знаний по ос-

новам термодинамики и кинетики процессов горения, имеющим значение для решения

задач при выполнении диссертационной работы.

Задачи дисциплины:

·физико-химических основ горения;

·теории горения: тепловой, цепной диффузионной;

основных уравнений, описывающих кинетику реакций горения и

температурные поля;

·видов пламени и скорости его распространения

·возникновения и развития процессов горения;

·типов взрывов, физические и химические взрывы;

·классификации взрывов по плотности вещества, по типам химических реакций,

энергия и мощность, форма ударной волны, длительность импульса.

1.2 ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ПОДГОТОВКИ АСПИРАНТА, ЗАВЕРШИВ-

ШЕГО ИЗУЧЕНИЕ ДАННОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Аспирант и соискатель должен знать:

теоретические основы процессов горения и взрыва;

физико-химические процессы, протекающие в горючих и взрывчатых веществах;

математический аппарат указанных разделов физики.

Уметь:

применять общие математические методы к решению фундаментальных и при-

кладных физических задач теории горения;

использовать методы теории горения при выполнении диссертационной работы;

решать основные задачи теории и применять расчеты к конкретным технологи-

ческим процессам и объяснению природных явлений.

Демонстрировать:

эрудицию и осведомленность в понимании основных проблем теории

горения;

подготовленность к самостоятельному изучению и пониманию специальной, на-

учной, справочной и методической литературы, связан

ной с проблемами горения и взрыва;

квалифицированное применение основ высшей математики, математического








с. 3 из 11

3

анализа, теория вероятностей, математической статистики, теоретической механики, гид-

родинамики, термродинамики и других методов в решении задач теории горения;

способность самостоятельно ставить конкретные задачи научных исследований в

области горения (в соответствии с профилем аспирантуры) и решать их с помощью совре-

менной теории, аппаратуры, оборудования, информационных технологий с использовани-

ем новейшего отечественного и зарубежного опыта;

способность порождать новые идеи (креативность).

1.3 СВЯЗЬ С ПРЕДШЕСТВУЮЩИМИ ДИСЦИПЛИНАМИ

Курс предполагает наличие у аспирантов знаний по специальности, высшей матема-

тике и информатике в объеме программы высшего профессионального образования.

1.4 СВЯЗЬ С ПОСЛЕДУЮЩИМИ ДИСЦИПЛИНАМИ

Знания и навыки, полученные аспирантами при изучении данного курса, необходи-

мы при подготовке и написании диссертации по специальности 01.04.14 – Теплофизика и

теоретическая теплотехника.

2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1 ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ (В ЧАСАХ И ЗА-

ЧЕТНЫХ ЕДИНИЦАХ)

Форма обучения (вид отчетности)

1-3 годы аспирантуры; вид отчетности – экзамен кандидатского минимума.

Вид учебной работы

Объем ча-

сов / зачет-

ных единиц

Трудоемкость изучения дисциплины 144/1

Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего) 64

в том числе:

лекции 32

семинары -

практические занятия 34

Самостоятельная работа аспиранта (всего) 76

в том числе:

Подготовка к практическим занятиям -

Изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку 76








с. 4 из 11

4

2.2 РАЗДЕЛЫ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ ЗАНЯТИЙ

№

п/п

Название раздела

дисциплины

Объем часов / зачетных единиц

лекции семинары практиче-

ские заня-

тия

самосто-

ят. рабо-

та

1 Развитие представлений о го-

рении. 4 - 4 9

2 Термодинамика процессов го-

рения. 4 - 4 9

3. Типы пламени и скорость горе-

ния. 4 - 4 9

4. Инициация процессов горения. 4 - 4 9

5

Воспламенение, зажигание и

распространение пламени в га-

зовых смесях.

4 - 4 9

6 Общие представления о взрыве

и взрывчатых веществах. 3 - 3 7

7 Теории возникновения и разви-

тия взрывных процессов. 4 - 4 9

8 Основные положения теории

детонации. 4 - 4 8

9 Теория горения природных ма-

териалов. 3 - 3 7

Итого: 34 - 34 76

2.3 СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИОННЫХ ЗАНЯТИЙ

№

п/п

Содержание Кол-во

часов

1 Развитие представлений о горении, место процесса горения в развитии

цивилизации. Различные подходы к определению процесса горения.

Физико-химические основы процесса горения. Понятие горючей смеси

и горючей системы. Стадии процесса горения. Пространственное рас-

пространение, как характерная особенность процесса горения и меха-

низмы распространения пламени. Понятие скорости горения. Основы

классификации горючих смесей и процессов горения. Состав горючей

системы и условия горения. Характеристики процесса горения: коэф-

фициент горючести, характер свечения пламени. Горючие техногенные

вещества и их классификация. Уравнения горения и методика их со-

ставления. Соотношение горючего вещества и окислителя в системе.

Мольная доля горючего вещества; стехиометрический коэффициент ре-

акции горения. Продукты сгорания и зависимость их состава от состава

горючего вещества. Полное и неполное сгорание.

Кинетика процессов горения. Влияние различных факторов на скорость

4








с. 5 из 11

5

горения. Молекулярность и порядок реакций горения. Зависимость

энергии активации от молекулярности реакций. Элементарные реакции.

Теории горения. Перекисная теория горения. Работы Боденштейна. Тео-

рия цепных реакций. Неразветвленные и разветвленные цепные реак-

ции. Вырожденно-разветвленные реакции. Работы Семенова и Хиншел-

вуда. Развитие теории цепных реакций. Температура окисления горючих

веществ и факторы, на нее влияющие. Теории самовоспламенения. Ви-

ды самовоспламенения и скорость этого процесса. Температура само-

воспламенения и ее зависимость от состава горючей смеси, начальной

температуры и др. факторов. Возгорание и воспламенение; температу-

ры, характеризующие данные процессы. Самовозгорание и его виды:

тепловое, микробиологическое, химическое. Особенности процессов

самовозгорания различных веществ. Температура самовозгорания. Ос-

новы химической термодинамики процессов горения и взрыва. Основ-

ные понятия и определения. Элементарные основы химической термо-

динамики (классификация систем; классификация химических реак-

ций). Цепные реакции. Математическое описание химических процес-

сов. Обратимость химических реакций. Химическое равновесие. Ско-

рость химической реакции. Условия химического равновесия.

2 Термодинамика процессов горения. Тепловые эффекты реакций горе-

ния. Теплота горения и теплота сгорания веществ. Низшая и высшая

теплота сгорания. Закон Гесса и формулы Менделеева. Расчет теплоты

сгорания для веществ различного состава и агрегатных состояний. Тем-

пература горения и способы ее определения. Теоретическая температу-

ра горения. Адиабатическая (калориметрическая) температура горения.

Действительная температура горения (температура пожара).

4

3 Типы пламени и скорость горения. Предварительно перемешанные и

предварительно не перемешанные смеси горючих веществ с окислите-

лем. Структура пламени. Системы с различными типами пламени. Ла-

минарное пламя предварительно перемешанной смеси. Кинетическое

горение. Зависимость скорости горения от направления потока. Лами-

нарное пламя предварительно не перемешанной смеси. Диффузионное

горение. Турбулентное пламя предварительно перемешанной и предва-

рительно не перемешанной смеси. Особенности применения смесей

различного типа.

4

4 Инициация процессов горения. Действие источника воспламенения

(зажигания) на горючую смесь. Искровое зажигание и его особенности:

успешное зажигание, отказ от зажигания. Методы исследования пара-

метров зажигания. Источники искрового зажигания: высоковольтная и

низковольтная искра, их разновидности и особенности использования.

Пределы зажигания. Охлаждающее действие электродов. Зажигание на-

каленной поверхностью, его особенности.

4

5 Воспламенение, зажигание и распространение пламени в газовых сме-








с. 6 из 11

6

сях. Цепное самовоспламенение. Тепловое самовоспламенение. Де-

флегмация. Овновные уравнения горения. Диффузионное горение газа.

Турбулентное распространение пламени. Самовоспламенение топливо-

воздушных смесей. Критические условия воспламенения. Период ин-

дукции при адиабатных условиях и при наличии теплопотерь.

4

6 Общие представления о взрыве и взрывчатых веществах. Основные

факторы, обуславливающие взрыв. Развитие представлений о процессе

взрыва и взрывчатых веществах. Группы взрывчатых веществ. Удельная

энергия взрывчатого вещества и способы ее определения. Чувствитель-

ность взрывчатых веществ. Инициация взрыва. Классификация взрыв-

чатых веществ и взрывных процессов. Кислородный баланс взрывчато-

го вещества. Гидродинамическая теория детонации. Детонационная

волна. Коэффициент жесткости взрывных газов.

3

7 Теории возникновения и развития взрывных процессов. Объем и состав

газообразных продуктов взрыва. Теплота и температура взрыва. Давле-

ние при взрыве. Типы и характеристики взрыва. Скорость детонацион-

ной волны, способы ее определения. Удельная энергия взрыва. Дейст-

вие взрывных газов. Ударная волна. Распределение энергии при взрыве:

энергия ударной волны, остаточная энергия, кинетическая и тепловая

энергия осколков оболочки, кинетическая и тепловая энергия источни-

ка, излучение. Распространение взрыва. Кумулятивный эффект и его

использование. Взрыв в воздухе. Параметры ударной волны при взрыве

в воздухе. Давление на фронте ударной волны. Скорость, время дейст-

вия и импульс ударной волны. Гашение ударных волн. Фугасное и бри-

зантное действие взрыва. Действие ударной волны на человека. Экс-

пертные оценки фугасного поражения. Обеспечение безопасности при

взрывных работах. Взрывы в различных средах: в воде, в твердых телах.

Физические взрывы. Ядерный взрыв. Электрическая искра, кавитация.

Применение взрыва в технике и народном хозяйстве.

4

8 Основные положения теории детонации. Принципиальные отличия

процессов горения от взрыва. Теория теплового взрыва Н.Н. Семенова.

Условия возбуждения теплового взрыва по Н.Н. Семенову.

4

9 Теория горения природных материалов. Общая характеристика и клас-

сификация топлива. Технические характеристики топлив. Особенности

горения твердых и жидких веществ. Горение различных систем. Теория

горения газовых смесей. Работы Зельдовича. Температура и скорость

распространения фронта пламени. Давление при взрыве газо- и паро-

воздушных смесей, температура взрыва. Концентрационные пределы

воспламенения, их определение и использование. Факторы, влияющие

на концентрационные пределы воспламенения. Горение жидкостей.

Температурные пределы воспламенения и температура вспышки. Ско-

рость выгорания. Вскипание, выброс. Горение пыле-воздушных смесей.

3








с. 7 из 11

7

Пожароопасность пыли. Теория горения аэровзвесей. Концентрацион-

ные пределы воспламенения пыли, их определение и использование.

Горение твердых веществ. Особенности состава, строения и процессов

горения твердых веществ. Горение древесины. Горение металлов. Пиро-

лиз полимерных материалов. Оценка пожарной опасности горючих ве-

ществ. Общая характеристика процессов, протекающих при нагревании

и горении веществ в различном агрегатном состоянии. Избыточное дав-

ление при взрыве веществ в различном агрегатном состоянии.

Итого часов 34

2.3 ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

№

п/п

Содержание Количество уч. ча-

сов

1 Термодинамика процессов горения и взрыва 12

2 Химические процессы при горении и взрыве 11

3 Горение природных систем 11

Всего 34

3 ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕКУЩЕГО И ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОНТРОЛЯ ЗНА-

НИЙ

3.1 КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ – не предусмотрены.

3.2 СПИСОК ВОПРОСОВ ДЛЯ ПРОМЕЖУТОЧНОГО ТЕСТИРОВАНИЯ – не

предусмотрено.

3.3 САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

№

п/п

Содержание Коли-

чество

часов

1 Химическая термодинамика процесса горения. Основные понятия и опре-

деления. Классификация систем и химических реакций. Обратимость хи-

мических реакций. Химическое равновесие. Скорость химической реакции.

Условия химического равновесия.

9

2 Термодинамика процесса горения. Изменение внутренней энергии в про-

цессе горения. Тепловой эффект химической реакции. Закон Гесса. Зависи-

мость теплового эффекта (теплоты) реакции от температуры. Закон Кирх-

гоффа. Теплота сгорания топлива. Уравнение Аррениуса. Энергия актива-

ции реагирующих систем.

9

3 Топливо и горючая смесь. Физические процессы, сопровождающие горение

горючих смесей. Тепловое излучение. Роль диффузии и теплопередачи в

процессах горения.

9








с. 8 из 11

8

4 Воспламенение горючих смесей. Тепловое самовоспламенение. Цепное

самовоспламенение.

9

5 Распространение пламени в неподвижной смеси. Задача о скорости рас-

пространения пламени. Распространение пламени в ламинарном потоке.

Распространение пламени в турбулентном потоке.

9

6 Взрыв. Типы взрывов. Классификация взрывов по плотности вещества, по

типам химических реакций. Энергия и мощность взрыва. Ударные и дето-

национные волны.

7

7 Основные положения теории детонации. Принципиальные отличия про-

цессов горения от взрыва. Теория теплового взрыва Н.Н. Семенова. Усло-

вия возбуждения теплового взрыва по Н.Н. Семенову.

9

8 Особенности горения твердых и жидких топлив. 8

9 Особенности горения жидких топлив. 7

Всего 76

3.3.2 ТЕМАТИКА РЕФЕРАТОВ – не предусмотрены.

Итоговый контроль проводится в виде экзамена кандидатского минимума.

4 ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОБУЧЕНИЯ И КОНТРОЛЯ, ИСПОЛЬЗОВА-

НИЕ ЭВМ (Перечень обучающих, контролирующих и расчетных программ, диафильмов,

слайдфильмов, кино- и телефильмов).

При проведении лекций может использоваться дисплейный класс (ауд. 222 л.к.) с ус-

тановленными там проектором и персональными ЭВМ для возможности иллюстрации

практических приемов и методик по ходу изложения теоретического материала.

Для проведения лабораторных работ имеется специализированная лаборатория мо-

делирования рабочих процессов (ауд. 222 л.к.), в которой имеются:

рабочая станция с демонстрационной версией AVL BOOST v5.1;

рабочая станция с демонстрационной версией AVL FIRE v8.51;

рабочая станция с демонстрационной версией Star-CD v4.02;

На всех рабочих станциях установлены MatLab, MathCAD v15, SolidWorks 2008

SP2. Кроме вышеперечисленного, в лаборатории имеется учебно-лабораторное оборудова-

ние: система автоматизации измерений LabVIEW фирмы National Instruments.

5 АКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ОБУЧЕНИЯ (ДЕЛОВЫЕ ИГРЫ, НАУЧНЫЕ ПРО-

ЕКТЫ)

не предусмотрены.

6 МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ (Современные приборы,

установки (стенды), необходимость специализированных лабораторий и классов)

Компьютерные классы, оснащенные компьютерами класса Intel Centrino 2 с выходом

в Интернет и в локальную сеть Алтайского государственного технического университета,

а также принтеры, сканеры и ксероксы.








с. 9 из 11

9

7 ЛИТЕРАТУРА

7.1 РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Ландау, Л.Д. Статистическая физика, Т. 5. / Л.Д Ландау,. Е.М. Лифшиц. – М.:

Наука, 2001.

2. Квасников, И.А. Теория равновесных систем. Термодинамика. Т.1., Статистиче-

ская физика, Т. 2. / И.А. Квасников. – М: Изд-во УРСС, 2002.

Математическая теория горения и взрыва. / Я.Б. Зельдович [и др.]. – М.: Наука, 1980

– 478 с.

3. Исихара, А.. Статистическая физика. / А. Исихара. – М: Мир, 1973.

4. Силин, В.П.. Введение в кинетическую теорию газов. / В.П. Силин – М: Изд-во

ФИ им. Лебедева, 1998.

5. Гиршвельдер, Дж.. Молекулярная теория газов и жидкостей. / Дж. Гиршвельдер,

Ч. Кертисс, Р. Берд, Л. – М: Мир, 1961.

6. Ступоченко, Е. Релаксационные процессы в ударных волнах. / С.А. Лосев, А.И.

Осипов. – М.: Наука, 1965.

7. Б.Ф. Гордиев, А.И. Осипов, Л.А. Шелепин. Кинетические процессы в газах и мо-

лекулярные лазеры. М.: Наука, 1980.

8. Физика простых жидкостей. Сборник, Мир, М., 1971

9. Стенли, Г.. Фазовые переходы и кинетические явления. / Г. Стенли. – М.: Мир,

1973.

10. Райзер, .Ю.П. Физика газового разряда. / Ю.П. Райзер. – М.: Наука, 1992.

11. Ландау, Л.Д.. Гидродинамика. Т.6. / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. – М.: Наука,

1986.

12. Лойцянский, Л.Г. Механика жидкости и газа. / Л.Г. Лойцянский. – М.: Наука,

1973.

13. Семенов, Н.Н. Избранные труды: В 4 т. / Н.Н.Семенов; отв. ред. А.Е.Шилов; Ин-

т хим.физики им. Н.Н. Семенова. – М.: Наука, 2004, Т. 1. Кн. 1: Цепные реакции. – 2004. -

392 с.

14. Румер, Ю.Б. Термодинамика, статистическая физика и кинетика. / Ю.Б. Румер,

М.Ш. Рывкин. – Новосибирск, Изд-во Новосибирского ун-та, 2000.

7.2 ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Ландау, Л.Д. Курс теоретической физики. Т.5. Статистическая физика. / Л.Д.

Ландау, Е.М. Лифшиц. – М.: Наука, 2005.

2. Зельдович, Я.Б. Математическая теория горения и взрыва. / Я.Б. Зельдович [и

др.]. — М.: Наука, 1980 – 478 с.

3. Померанцев, В.В. Основы практической теории горения. / В.В. Померанцев,

К.М. Арефьев, Д.Б. Ахмедов и др. – Л.: Энерго-атомиздат, Ленингр. отд-ие, 1986 – 309 с.

4. Гришин, А.М. Математическое моделирование лесных пожаров и новые спосо-

бы борьбы с ними. / А.М. Гришин. – Новосибирск: Наука, Сиб. Отд-ие, 1992. – 408 с.

5. Орленко, Л.П. Физика взрыва и удара. / Л.П. Орленко. – М.: Физматлит, 2006 -

304 с.

6. Физика взрыва Т.1, 2. / Под ред. Орленко Л.П. – 3-е изд., испр. – М.: Физматлит,

2005 - 488 с.

7. Кумагаи, С. Горение. / С. Кумагаи : пер. с японского. – М.: Химия, 1980 – 256 с.








с. 10 из 11

10

8. Льюис, Б. Горение, пламя и взрывы в газах. / Б. Льюис , Г. Эльбе – М.: Мир, 1968

– 453 с.

9. Похил, П.Ф. Методы исследования процессов горения и детонации. / П.Ф. Похил

, В.М. Мальцев , В.М. Зайцев. – М.: Наука, 1969 - 302 с.

10. Варнатц, Ю. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, экспе-

рименты, образование загрязняющих веществ. / Ю. Варнатц , У. Маас , Р. Диббл; пер. с

англ. Г.Л. Агафонова; под ред. П.А. Власова. – М.: ФИЗ-МАТЛИТ, 2003 – 352 с.

11. Франк – Каменецкий, Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. /

Д.А. Франк – Каменецкий. – М: Наука, 1987. – 502 с.

12. Раушенбах, Б.В. Вибрационное горение. / Б.В. Раушенбах. – М: Физматлит, 1961.

– 500 с.

13. Левич, В.Г. Физико-химическая гидродинамика. / В.Г. Левич. – М: Физматлит,

1959 700 с.

14. Кузнецов, В.Р. Турбулентность и горение. / В.Р. Кузнецов , В.А. Сабельников. –

М: Физматлит, 1986. – 288 с.








с. 11 из 11

11

ДОПОЛНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ В РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЕ

за___________/___________учебный год В рабочую программу курса ОД.А.03, «Теория горения», цикл ОД.А.00 «Обязательные

дисциплины» основной образовательной программы подготовки аспиранта по отрасли

Технические науки, специальность 01.04.14 – Теплофизика и теоретическая теплотех-

ника, вносятся следующие дополнения и изменения:

Номер

измене-

ния

Номера листов Основание

для внесе-

ния изме-

нений

Подпись

Рас-

шиф-

ровка

подпи-

си

Дата

Дата вве-

дения из-

менения заме-

ненных

новых аннули-

ро-

ванных

система качества - Алтайский государственный ...

Documents

Transcript of система качества - Алтайский государственный ...