Рабочая программа учебной дисциплины "численные методы моделирования" Цикл



Скачать 136.33 Kb.
Дата28.11.2012
Размер136.33 Kb.
ТипРабочая программа
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ


(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ (ИПЭЭФ)
_____________________________________________________________________________________________________


Направление подготовки: № 140100 Теплоэнергетика и теплотехника
Профиль подготовки: Энергосбережение предприятий
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ"



Цикл:

аатематический

и естественно-научный




Часть цикла:

по выбору




№ дисциплины по учебному плану:

Б2 8.1




Часов (всего)по учебному плану:

108




Трудоемкость в зачетных единицах:

3

4 семестр – 3

Лекции

36 час.

4 семестр – 3

Практические занятия

18 час.

4 семестр – 3

Лабораторные работы







Расчетные задания, рефераты







Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

54




Экзамены







Курсовые проекты (работы)









Москва – 2010
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью дисциплины является изучение численных методов решения задач тепломассообмена применительно к процессам, протекающим в элементах современных теплоэнергетических аппаратов.


По завершению освоения данной дисциплины студент должен быть способен и готов:

 воспринимать, анализировать и обобщать информацию, ставить цель и выбирать способы ее достижения (ОК–1);

 работать самостоятельно и индивидуально, принимать решения в рамках своей профессиональной компетенции (ОК–7);

 использовать компьютер как средство работы с информацией (ОК–11);

 анализировать логику рассуждений, касающихся изучаемой тематики, проводить дискуссию и полемику по теме изучаемой дисциплины (ОК–12);

 использовать информационные технологии, в том числе современные средства компьютерной графики (ПК–1);

 демонстрировать базовые знания в области естественнонаучных дисциплин, использовать основные законы в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования (ПК–2);

 выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК–3);

 анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК–6);

 формировать законченное представление о принятых решениях и полученных результатах в виде отчета с его публичной защитой (ПК–7);

 собирать и анализировать исходные данные для проектирования элементов оборудования и объектов деятельности в целом с использованием нормативной документации и современных методов поиска и обработки информации (ПК–8);

 проводить численные эксперименты по заданной методике и анализировать результаты с привлечением соответствующего математического аппарата (ПК–18);

 составлять описание проводимых численных исследований, готовить данные для составления отчетов, обзоров и научных публикаций (ПК–19).
Задачами дисциплины являются:

 ознакомить обучающихся с численными методами решения задач, описывающих процессы в элементах теплотехнического оборудования;

 дать информацию о корректности поставленной задачи, устойчивости, сходимости, погрешности вычислительного алгоритма;

 научить обоснованному выбору оптимальных параметров численной схемы.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО
Дисциплина относится к части по выбору профессионального цикла Б2вв 3.1 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю "Энергосбережение предприятий" направления 140100 Теплоэнергетика.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: "Тепломассообмен", "Гидрогазодинамика", "Математика", "Информационные технологии".

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной работы и изучению дисциплин: "Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии", "Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологии".
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

 основные законы конвективного тепломассообмена, применять методы математического анализа и моделирования (ПК–2).

Уметь:

 воспринимать, анализировать и обобщать информацию, ставить цель и выбирать способы ее достижения (ОК–1);

 работать самостоятельно и индивидуально, принимать решения в рамках своей профессиональной компетенции (ОК–7);

 анализировать логику рассуждений, касающихся изучаемой тематики, проводить дискуссию и полемику по теме изучаемой дисциплины (ОК–12);

 использовать информационные технологии, в том числе современные средства компьютерной графики (ПК–1);

 выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК–3);

 анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК–6);

 формировать законченное представление о принятых решениях и полученных результатах в виде отчета с его публичной защитой (ПК–7);

 собирать и анализировать исходные данные для проектирования элементов оборудования и объектов деятельности в целом с использованием нормативной документации и современных методов поиска и обработки информации (ПК–8);

 проводить численные эксперименты по заданной методике и анализировать результаты с привлечением соответствующего математического аппарата (ПК–18);

 составлять описание проводимых численных исследований, готовить данные для составления отчетов, обзоров и научных публикаций (ПК–19).

Владеть:

 компьютером как средством работы с информацией (ОК–11).
4. СТРУКТУРА ИСОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. Структура дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы, 108 часов.




п/п

Раздел дисциплины.

Форма промежуточной аттестации

Всего часов

на раздел

Семестр

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости













лк

пр

лаб

сам




1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Основные понятия

4

4

2







2

Тест на знание терминологии

2

Численное решение нелинейных алгебраических уравнений

4

4

2







2

Домашняя контрольная работа

3

Численное интегрирование

4

4

2







2

Домашняя контрольная работа

4

Решение обыкновенных дифференциальных уравнений методом конечных разностей

62

4

20

12




30

Защита отчетов по выполненным практическим работам

5

Решение дифференциальных уравнений в частных производных методом конечных разностей

32

4

10

6




16

Защита отчетов по выполненным практическим работам




Зачет

2

4










2

Контрольная работа




Итого

108




36

18




54





4.2. Содержание лекционно-практических форм обучения
4.2.1. Лекции
1. Основные понятия.
Понятие математического моделирования. Алгоритмическая схема: физическая постановка задачи, примеры; математическое описание задачи, примеры; метод численного решения (численная схема), примеры; создание компьютерной программы и расчеты с ее использованием; анализ результатов; уточнение математического описания (модели), численной схемы, проведение тестовых и систематических расчетов. Основные понятия вычислительного моделирования: корректность математической постановки задачи, устойчивость вычислительного алгоритма.
2. Численное решение нелинейных алгебраических уравнений.
Локализация корней. Метод бисекции. Итерационные методы. Метод Ньютона (касательных). Метод хорд (секущих).

3. Численное интегрирование.
Квадратурные формулы интерполяционного типа. Формулы Ньютона-Котеса. Квадратурные формулы Гаусса.. Примеры. Вычисление интегралов от функций с особенностями. Представление функции в виде произведения, пример. Аддитивное представление функции, пример. Представление для периодических функций, пример.
4. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений методом конечных разностей..
Понятие о разностном методе решения. Сетка и сеточная функция. Аппроксимация, сходимость, устойчивость схемы. Точность (погрешность) решения. Характеристики разностной схемы (порядок аппроксимации, сходимость, устойчивость, монотонность и т.д.). Разностное решение обыкновенного дифференциального уравнения первого порядка. Аппроксимация первой производной односторонними разностями, центральной разностью. Схема Эйлера. Неявная схема.. Схема предиктор-корректор. Сравнительный анализ трех схем.. Схемы высокого порядка. Метод Рунге-Кутты. Разностное решение обыкновенного дифференциального уравнения второго порядка. Разностная аппроксимация второй производной. Аппроксимация граничных условий двухточечным уравнением с первым и вторым порядком. Задача Коши. Разностный метод решения. Устойчивость разностной схемы. Краевая задача. Разностный метод решения. Устойчивость разностной схемы. Метод прогонки. Формулы прогонки. Прямая и обратная прогона. Условия вычислимости прогоночных коэффициентов, устойчивости, монотонности прогонки. Метод аппроксимации первой производной (центральная разностная схема, схема "против потока"). Сеточное число Рейнольдса. Схема Самарского. Сравнительный анализ трех схем. Понятие консервативности схемы. Дивергентная форма записи исходного дифференциального уравнения. Примеры консервативной и неконсервативной схем для уравнения теплопроводности с переменным коэффициентом теплопроводности. Иллюстрация появления фиктивного источника в неконсервативной схеме. Консервативный способ аппроксимации граничных условий. Сравнение с неконсервативным способом. Разностный метод решения автомодельных задач пограничного слоя.
5. Решение дифференциальных уравнений в частных производных методом конечных разностей.
Классификация дифференциальных уравнений второго порядка в частных производных. Примеры. Постановка граничных условий, обеспечивающая корректность задачи. Разностное решение дифференциальных уравнений в частных производных параболического типа. Модельное уравнение, граничные условия. Явная схема. Неявная схема. Общая схема. Устойчивость. Схема Кранка-Никольсона. Схемы для уравнения параболического типа с двумя производными первого порядка. Устойчивость и монотонность прогонки. Разностное решение задачи о течении жидкости в канале. Метод расщепления. Разностное решение дифференциальных уравнений в частных производных эллиптического типа. Модельное уравнение, разностная аппроксимация. Аппроксимация первых производных. Итерационные методы решения системы пятиточечных алгебраических уравнений (Якоби, Гаусса-Зайделя, переменных направлений). Метод релаксации, верхняя, нижняя, полная и оптимальная релаксация. Зависимость коэффициента релаксации от входных данных. Разностное решение дифференциальных уравнений в частных производных гиперболического типа. Разностное решение уравнения гиперболического типа. Понятие характеристики. Примеры. Разностные схемы для решения уравнений гиперболического типа: "правый уголок", "левый уголок", неявная схема.
4.2.2. Практические занятия
4 семестр
Разностное решение задачи о распространении тепла в стержне, описываемой обыкновенным дифференциальным уравнением второго порядка.

Сравнение задачи Коши и краевой задачи.

Сравнение консервативной и неконсервативной разностных схем..

Разностное решение уравнения параболического типа – расчет на ПК пульсирующего ламинарного течения в круглой трубе.

Разностное решение уравнения эллиптического типа – расчет на ПК распространения от точечного источника тепла и примесей в канале.

Разностное решение системы уравнений гиперболического типа – расчет на ПК нестационарного распределения температур в прямоточном, противоточном и перекрестноточном теплообменниках.
4.3. Лабораторные работы
Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены.
4.4. Расчетные задания
Расчетные задания учебным планом не предусмотрены.
4.5. Курсовые проекты и курсовые работы
Курсовые проекты и курсовые работы учебным планом не предусмотрены.
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Практические занятия проводятся на ПК в учебном компьютерном классе кафедры ТМПУ.

Самостоятельная работа включает подготовку к тестам, контрольным работам, практическим занятиям, защите отчетов по выполненным практическим работам, выполнение домашних контрольных работ, подготовку к зачету.
6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Для текущего контроля успеваемости используются тесты, контрольные работы, устный опрос, защита отчетов по выполненным практическим работам.

Аттестация по дисциплине – зачет.

Оценка за освоение дисциплины определяется как среднее арифметическое оценок за контрольные работы и защиты отчетов по выполненным практическим работам.
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
7.1. Литература:

а) основная литература:

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

2. Валуева Е.П. Разностный метод решения дифференциальных уравнений в частных производных, описывающих прикладные задачи тепло- и массообмена. М.: Изд.-во МЭИ, 2001.

3. Валуева Е.П. Численное решение автомодельных задач теплообмена. М.: Изд.-во МЭИ, 2009.

4. Валуева Е.П., Попов В.Н. Лабораторные работы № 1–3 по курсу "Вычислительная математика и программирование". М.: Изд.-во МЭИ, 1993.

5. Валуева Е.П., Попов В.Н. Лабораторные работы по курсу "Процессы переноса тепла и массы". М.: Изд.-во МЭИ, 1997.

6. Валуева Е.П. Решение автомодельных задач тепло-и массообмена. М.: Изд.-во МЭИ, 2001.

7. Валуева Е.П. Разностный метод решения задачи о распространении тепла в охлаждаемом ребре. М.: Изд.-во МЭИ, 2005.

б) дополнительная литература:

1. Варгафтик Н.Б. Теплофизические свойства веществ (справочник). М.: Наука, 1973.
7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение:

Язык программирования BASIC (изучен в курсе "Информационные технологии"), на котором студентами составляются компьютерные программы, необходимые для выполнения практических работ.

б) другие:

компьютерные программы, разработанные Е.П. Валуевой, используемые на практических занятиях.
8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебного компьютерного класса.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 140100 "Теплоэнергетика" и профилю "Энергосбережение предприятий".

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

д.т.н., профессор Валуева Е.П.

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой ТМПУ

к.т.н., профессор Гаряев А.Б.

Похожие:

Рабочая программа учебной дисциплины \"численные методы моделирования\" Цикл iconРабочая программа учебной дисциплины " численные методы в робототехнике" Цикл: профессиональный
...
Рабочая программа учебной дисциплины \"численные методы моделирования\" Цикл iconРабочая программа учебной дисциплины " численные методы оптимизации систем управления" Цикл
Профиль(и) подготовки: Автоматизация технологических процессов в теплоэнергетике
Рабочая программа учебной дисциплины \"численные методы моделирования\" Цикл iconРабочая программа учебной дисциплины " методы и теория оптимизации" Цикл: общенаучный
...
Рабочая программа учебной дисциплины \"численные методы моделирования\" Цикл iconРабочая программа учебной дисциплины " вычислительные методы компьютерного моделирования в механике" Цикл
Профили подготовки: Компьютерные технологии управления в робототехнике и мехатронике
Рабочая программа учебной дисциплины \"численные методы моделирования\" Цикл iconРабочая программа учебной дисциплины численные методы для специальности 050202 Информатика Ичалки 2006
Программа учебной дисциплины «Численные методы» предназначена для реализации учебного плана по программе подготовки в области информатики...
Рабочая программа учебной дисциплины \"численные методы моделирования\" Цикл iconРабочая программа учебной дисциплины «методы искусственного интеллекта в мехатронике и робототехнике» Цикл
...
Рабочая программа учебной дисциплины \"численные методы моделирования\" Цикл iconРабочая программа учебной дисциплины "оптимальное проектирование" Цикл: общенаучный
...
Рабочая программа учебной дисциплины \"численные методы моделирования\" Цикл iconРабочая программа учебной дисциплины " Системы автоматизированного проектирования и производства " Цикл
...
Рабочая программа учебной дисциплины \"численные методы моделирования\" Цикл iconРабочая программа учебной дисциплины " теория вероятностей и основы математической статистики" Цикл
...
Рабочая программа учебной дисциплины \"численные методы моделирования\" Цикл iconРабочая программа дисциплины Численные методы Математический и естественно-научный цикл, базовая часть
Цель курса – научить студентов самостоятельно численно решать задачи по указанным разделам математики, а также использовать усвоенные...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org