РП Криогенное технологическое оборудование (с подп.). В. В. Тараканова 24 сентября г. Рабочая программа дисциплины (модуля) Криогенное технологическое оборудование Направление подготовки
 Скачать 1.04 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ ИМЕНИ К.Г.РАЗУМОВСКОГО ПЕРВЫЙ КАЗАЧИЙ УНИВЕРСИТЕТ (ФГБОУ ВО «МГУТУ ИМ. К.Г.РАЗУМОВСКОГО (ПКУ)») Факультет Цифровых технологий Кафедра Пожарной безопасности и низкотемпературных систем УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой к.п.н, доцент В.В.Тараканова «24» сентября г. Рабочая программа дисциплины (модуля) Криогенное технологическое оборудование Направление подготовки 16.03.03 Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения Тип образовательной программы Прикладной бакалавриат Направленность (профиль) подготовки Холодильная техника и технологии Квалификация выпускника Бакалавр Форма обучения Очная, очно-заочная, заочная Москва 2021 г. 2 Рабочая программа дисциплины (модуля) Криогенное технологическое оборудование разработана на основании федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению подготовки 16.03.03 Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения (бакалавриат, утвержденного приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 12 марта 2015 г. № 198, учебного плана по основной профессиональной образовательной программе высшего образования Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения. Рабочая программа дисциплины Криогенное технологическое оборудование разработана профессорско-преподавательским составом кафедры. Руководитель основной профессиональной образовательной программы к.т.н. А.А. Красниченко Рабочая программа дисциплины (модуля) Криогенное технологическое оборудование обсуждена и утверждена на заседании кафедры Пожарная безопасность и низкотемпературные системы (Протокол № 2 от «24» сентября 2021 года) Рабочая программа дисциплины (модуля) рекомендована к утверждению представителями организаций-работодателей при совместной разработке или разработке по заказу Заведующий кафедрой к.п.н., доцент В.В. Тараканова Рабочая программа дисциплины (модуля) рецензирована и рекомендована к утверждению Д.т.н, профессор кафедры ХиКС Ю.В. Светлов 3 Содержание 1. Цели и задачи освоения дисциплины 4 2. Место дисциплины в структуре ОПОП 4 3. Требования к результатам освоения дисциплины 4 4. Объем дисциплины и виды учебной работы 7 5. Содержание дисциплины 7 5.1. Содержание разделов и тем дисциплины 7 5.2. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми последующими) дисциплинами 10 5.3. Разделы и темы дисциплины и виды занятий 10 6. Перечень семинарских, практических занятий 12 6.1. План самостоятельной работы студентов 13 6.2. Методические указания по организации самостоятельной работы студентов 6.3. Методические рекомендации для студентов по отдельным формам самостоятельной работы 15 15 7. Примерная тематика курсовых работ (проектов) 16 8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины 16 а) основная литература б) дополнительная литература в) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы 9. Материально-техническое обеспечение дисциплины 17 10. Образовательные технологии 17 11. Оценочные средства (ОС) 18 11.1. Оценочные средства входного контроля 18 11.2. Оценочные средства текущего контроля 18 11.3. Оценочные средства для промежуточной аттестации 20 12. Организация образовательного процесса для лиц с ограниченными возможностями 23 13. Лист регистрации изменений 24 4 1.1. Цели дисциплины Целью преподавания дисциплины является подготовка специалистов к эксплуатации и проектированию - овладеть навыками термодинамического анализа и расчета рабочих процессов в криогенных системах, а также выбора рациональных методов достижения целей технического задания при создании криогенных установок - освоение принципов рационального построения технологических схем ожижительных и рефрижераторных криогенных установок и современных методов их расчета и проектирования. 1.2. Задачи освоения дисциплины Формирование навыков и умений последующим направлениям деятельности - применение принципов термодинамики для расчета и анализа криогенных установок - оценка степени термодинамического совершенства энергетической эффективности) циклов реальных криогенных установок - изучение методов понижения температуры рабочих тел криогенных установок - изучение принципа действия и конструкции установок для ожижения газов и криостатирования; - определение путей совершенствования криогенных установок и нахождение возможностей снижения затрат энергии при создании новых типов установок - расчет и оптимизация циклов криогенных систем. 2. Место дисциплины в структуре ОПОП ВО Данная учебная дисциплина включена в раздел Б1.В.ДВ.02.02 основной профессиональной образовательной программы 16.03.03 "Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения" по профилю подготовки "Холодильная техника и технологии" и относится к дисциплинам по выбору. При освоении материала курса студенты должны использовать знания, полученные при изучении дисциплин Математика, Физика, Механика жидкости и газов, Детали машин и оснровы конструирования, Материаловедение. Дисциплина опирается на общепрофессиональные и профессиональные компетенции, теоретические и практические знания, умения и навыки обучающихся, полученные при изучении дисциплин Теоретические основы холодильной техники, Научные основы криологии, Термодинамика и тепломассообмен», Холодильная технология, Теория и расчет циклов криогенных систем. 3. Требования к результатам освоения дисциплины (модуля) Процесс изучения дисциплины Криогенное технологическое оборудование направленна формирование следующих компетенций: 5 - готовностью проектировать детали и узлы с использованием программных систем компьютерного проектирования на основе эффективного сочетания передовых технологий и выполнения многовариантных расчетов (ПК-7); - готовностью выполнять проектно-конструкторские и расчетные работы машин и аппаратов и их элементов, холодильной и криогенной техники и систем жизнеобеспечения с использованием современных вычислительных методов (ПК-9). В результате изучения дисциплины студент должен Знать - термодинамические циклы ожижительных и рефрижераторных криогенных установок - принципы построения и расчета циклов криогенных установок - основные параметры криогенных установок, их расчет и оптимизацию - круг практических задач решаемых посредством криогенной техники - технологию получения и использования криогенных температур Уметь - рассчитывать основные характеристики криогенных циклов, проводить их оптимизацию подавлению, температуре и перераспределению расхода по машинами аппаратам - проводить термодинамический анализ процессов и циклов криогенных систем - оценивать степень энергетической эффективности работы криогенных систем с целью оптимизации энергозатрат и производительности установок. Владеть навыками - проектирования, эксплуатации и рационального ведения технологических процессов в криогенных установках - расчета и анализа характеристик конкретных криогенных установок и систем Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине, соотнесенных с планируемыми результатами освоения образовательной программы Процесс изучения дисциплины (модуля) направленна формирование следующей профессиональной компетенции - готовностью проектировать детали и узлы с использованием программных систем компьютерного проектирования на основе эффективного сочетания передовых технологий и выполнения многовариантных расчетов (ПК-7); - готовностью выполнять проектно-конструкторские и расчетные работы машин и аппаратов и их элементов, холодильной и криогенной техники и систем жизнеобеспечения с использованием современных вычислительных методов (ПК-9). Код и описание компетенции Планируемые результаты обучения по дисциплине - готовностью проектировать детали и узлы с использованием Знать - термодинамические циклы ожижительных и 6 программных систем компьютерного проектирования на основе эффективного сочетания передовых технологий и выполнения многовариантных расчетов (ПК-7); - готовностью выполнять проектно-конструкторские и расчетные работы машин и аппаратов и их элементов, холодильной и криогенной техники и систем жизнеобеспечения с использованием современных вычислительных методов (ПК-9) рефрижераторных криогенных установок - принципы построения и расчета циклов криогенных установок - основные параметры криогенных установок, их расчет и оптимизацию - круг практических задач решаемых посредством криогенной техники - технологию получения и использования криогенных температур. Уметь - рассчитывать основные характеристики криогенных циклов, проводить их оптимизацию подавлению, температуре и перераспределению расхода по машинами аппаратам - проводить термодинамический анализ процессов и циклов криогенных систем - оценивать степень энергетической эффективности работы криогенных систем с целью оптимизации энергозатрат и производительности установок. Владеть навыками - проектирования, эксплуатации и рационального ведения технологических процессов в криогенных установках - расчета и анализа характеристик конкретных криогенных установок и систем. 4. Объем дисциплины (модуля) и виды учебной работы (разделяется по формам обучения) Вид учебной работы Всего часов / зачетных единиц Семестр 7 Семестр 7 Семестр 8 Очная Очно- заочная Заочная Заочная Очно- заочная Заочная Аудиторные занятия контактная работа) 68/1,89 40/1,12 8/0,22 8 40 144 В том числе - - - - - - Лекции 34/0,945 20/0,56 2/0,06 2 20 2 Практические занятия (ПЗ) - - - - - 6 Семинары (С) - - - - - - Лабораторные работы (ЛР) 34/0,945 20/0,56 6/0,16 6 20 - Самостоятельная работа (всего) 76/2,11 104/2,88 132/3,67 132 104 127 В том числе - - - - - - 7 Курсовой проект (работа) - - - - - - Расчетно-графические работы - - - - - - Реферат (при наличии) - - - - - - Другие виды самостоятельной работы - - - - - - Контроль - - 4/0,11 - 4 - Вид промежуточной аттестации ЗаО ЗаО ЗаО ЗаО ЗаО ЗаО Общая трудоемкость часы зачетные единицы 144/4 144/4 144/4 144 144 144 Дисциплина Криогенное технологическое оборудование реализуется посредством проведения учебных занятий (включая проведение текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации обучающихся. В соответствии с рабочей программой и тематическим планом изучение дисциплины проходит в форме контактной работы обучающихся с преподавателем и самостоятельной работы обучающихся. При реализации дисциплины предусмотрена аудиторная контактная работа и внеаудиторная контактная работа посредством электронной информационно- образовательной среды. Учебный процесс в аудитории осуществляется в форме лекций и практических занятий. В лекциях раскрываются основные темы изучаемого курса, которые входят в рабочую программу. На практических занятиях более подробно изучается программный материал в плоскости отработки практических умений и навыков и усвоения тем. Внеаудиторная контактная работа включает в себя проведение текущего контроля успеваемости (тестирование) в электронной информационно-образовательной среде. 5. Содержание дисциплины 5.1. Содержание разделов дисциплины. Модуль 1. Криогенные машины и установки Тема 1.1 Криогенные газовые машины Обратные циклы Стирлинга и Эриксона. Схема реализации цикла Стирлинга в поршневой машине с двумя поршнями регенератором и охладителем. Цикл Стирлинга в машинах с гармоничным движением поршней. Цикл криогенной газовой машины Гиффорда – Мак-Магона. Принципиальная схема и цикл криогенератора Гиффорда – Мак-Магона. Тема 1.2 Пульсационные криогенераторы Схемы одноступенчатой и двухступенчатой пульсационных труб. Схемы пульсационных охладителей газа. Цикл Вюльмье-Такониса. Тема 1.3. Расширительные машины – детандеры. Принцип работы и конструкция низкотемпературных детандеров Устройство и принцип действия турбодетандера. Классификация турбодетандеров по параметрам рабочего газа и способу торможения. Устройство и рабочий процесс в ступени турбодетандера Элементы ступени. Входные устройства. Направляющие аппараты. Рабочие колеса. Выходные устройства. Переднее и заднее уплотнения. Рабочий процесс в элементах ступени ив диаграмме. Располагаемые перепады энтальпий. Составляющие гидравлических потерь. Внутренние и внешние потери мощности. Гидравлический и изоэнтропический КПД. Холодопроизводительность 8 ступени. Энергетические уравнения ступени. Режимные и геометрические параметры направляющего аппарата. Модуль 2. Циклы криогенных установок Тема 2.1 Ступени охлаждения и циклы криогенных установок Классификация криогенных установок по назначению, по способу получения холода. Холодопроизводительность, затраты работы, потери, и эффективность реальных циклов. Ступени с внешним охлаждением, с расширением потока в детандере, с расширением потока в дроссельном устройстве ожижительных и рефрижераторных циклов. Цикл с простым дросселированием. Цикл с предварительным охлаждением и дросселированием. Циклы с несколькими ступенями предварительного охлаждения. Цикл с двойным дросселированием и циркуляцией части потока. Газовые детандерные циклы с одной и двумя ступенями охлаждения. Определение оптимального перепада давления в детандере. Сравнительные характеристики газовых циклов. Термодинамический анализ детандерного цикла. 5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми последующими) дисциплинами № п/п Наименование обеспечиваемых последующих) дисциплин № разделов и тем данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых последующих) дисциплин 1 Теоретические основы холодильной техники 1-1 1-2 2-1 2-2 2-3 3 Научные основы криологии 1-1 1-2 2-1 2-2 2-3 3-1 3-2 4 Холодильная технология 1-1 1-2 5.3. Разделы и темы дисциплины и виды занятий ОФО № п/п Наименование темы Виды занятий в часах Лекции Лабораторные работы СРС Всего 1 Модуль 1. Криогенные машины и установки 26 20 40 86 1.1 Обратные циклы Стирлинга и Эриксона. Схема реализации цикла Стирлинга в поршневой машине с двумя поршнями регенератором и охладителем. Цикл Стирлинга в машинах с гармоничным движением поршней. Цикл криогенной газовой машины Гиффорда – Мак-Магона. Принципиальная схема и цикл 10 4 20 34 9 криогенератора Гиффорда – Мак-Магона. 1.2 Схемы одноступенчатой и двухступенчатой пульсационных труб. Схемы пульсационных охладителей газа. Цикл Вюльмье-Такониса. 8 8 10 26 1.3 Устройство и принцип действия турбодетандера. Классификация турбодетандеров по параметрам рабочего газа и способу торможения. Устройство и рабочий процесс в ступени турбодетандера Элементы ступени. Входные устройства. Направляющие аппараты. Рабочие колеса. Выходные устройства. Переднее и заднее уплотнения. Рабочий процесс в элементах ступени ив диаграмме. Располагаемые перепады энтальпий. Составляющие гидравлических потерь. Внутренние и внешние потери мощности. Гидравлический и изоэнтропический КПД. Холодопроизводительность ступени. Энергетические уравнения ступени. Режимные и геометрические параметры направляющего аппарата. 8 8 10 26 2 Модуль 2. Циклы криогенных установок 8 14 36 58 2.1 Классификация криогенных установок по назначению, по способу получения холода. Холодопроизводительность, затраты работы, потери, и эффективность реальных циклов. Ступени с внешним охлаждением, с расширением потока в детандере, с расширением потока в дроссельном устройстве ожижительных и рефрижераторных циклов. Цикл с простым дросселированием. Цикл с предварительным охлаждением и дросселированием. Циклы с несколькими ступенями предварительного охлаждения. Цикл с двойным дросселированием и циркуляцией части потока. Газовые детандерные циклы с одной и двумя ступенями охлаждения. Определение оптимального перепада давления в детандере. Сравнительные характеристики газовых циклов. Термодинамический анализ детандерного цикла. 8 14 36 58 3 Контроль – Зачёт с оценкой 10 4 Итого 34 34 76 144 Формы учебных занятий с использованием активных и интерактивных технологий обучения № п/п Наименование разделов (тем, в которых используются активные и/или интерактивные образовательные технологии Образовательные технологии 1 Модуль 1. Криогенные машины и установки Презентации на основе современных мультимедийных средств работа в микро-группах ив паре 2 Модуль 2. Циклы криогенных установок Презентации на основе современных мультимедийных средств интерактивные лекции работа в микро-группах ив паре 6. Перечень лабораторных работ ОФО Формы оценочных средств устный опрос (УО); тестирование (Т реферат (Р) № п/п № темы дисциплины Наименование лабораторных работ Трудоемкость час) Оценочные средства Формируемые компетенции Расчет идеальных (теоретических) процессов охлаждения (при р = const или v = const), криостатирования ( при Тх = const), конденсации веществ из паровой фазы в жидкое или твердое состояние, ожижения, отвердевания и вымораживания газов, разделения и очистки газовых смесей, переноса теплоты на более высокий температурный уровень 14 УО, Т ПК-7; ПК-9 2 1.1 Применение энтропийно- статистического метода термодинамического анализа для исследования цикла парокомпрессионной холодильной машины 4 УО, Т ПК-7; ПК-9 3 1.1 Применение энтропийно- статистического метода термодинамического анализа для исследования воздушного рефрижераторного рекуперативного цикла низкого 4 УО, Т ПК-7; ПК-9 11 давления с детандером 4 1.1 Применение энтропийно- статистического метода термодинамического анализа при исследовании цикла высокого давления для ожижения воздуха 4 УО, Т ПК-7; ПК-9 5 2.1 Определение основных потоков массы и теплоты в ректификационной колонне воздухоразделительной установки 4 УО, Т ПК-7; ПК-9 6 2.1 Расчет числа ректификационных тарелок колонны двукратного разделения воздуха 4 УО, Т ПК-7; ПК-9 Итого |