Рабочая программа учебной дисциплины компьютерные технологии в науке и производстве Кафедра-разработчик
| Вид материала | Рабочая программа |
- Рабочая программа дисциплины компьютерные технологии в науке и производстве (Наименование, 179.06kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины компьютерные технологии в науке Кафедра-разработчик, 180.63kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины наименование учебной дисциплины Кафедра-разработчик, 520.05kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины механика жидкости и газа Кафедра-разработчик, 13.38kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины наименование учебной дисциплины Кафедра-разработчик, 301.9kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины наименование учебной дисциплины Кафедра-разработчик, 336.98kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины философия Кафедра-разработчик, 619.76kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины история кафедра-разработчик, 1777.77kb.
- А. И. Герцена программа учебной дисциплины днм. 04. Компьютерные технологии в науке, 62.47kb.
- Программа дисциплины днм. Ф "Компьютерные технологии в экономической науке и образовании", 133.27kb.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный политехнический университет
| СОГЛАСОВАНО Декан факультета-заказчика ________________ Ю.В. Галышев "____" ________ 2011 г | | УТВЕРЖДАЮ Декан факультета-разработчика ________________ Ю.В. Галышев "____" ________ 2011 г |
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Компьютерные технологии в науке и производстве
Кафедра-разработчик
Теоретические основы теплотехники
Направление (специальность) подготовки
141100.68 «Энергетическое машиностроение»
программа «Паровые и газовые турбины»
Наименование ООП
ООП 68. Основная образовательная программа магистратуры
Квалификация (степень) выпускника
Магистр
Образовательный стандарт
Федеральный ГОС ВПО
Форма обучения
очная 1
| СОГЛАСОВАНО Зав. кафедрой ТДУ ________________ В.А. Рассохин "____" ________ 2011 г | | Соответствует ФГОС ВПО. Утверждена (протокол № от 01.01.2011) Зав. кафедрой ТОТ _________________ С.З. Сапожников |
Программу в соответствии с ФГОС ВПО разработал:
профессор, д.т.н. Н.Н. Кортиков
1. Цели и планируемые результаты изучения дисциплины
В настоящее время основные достижения в теоретических исследованиях связаны с использованием мощных вычислительных средств (компьютера и численных методов). Компьютерные технологии входят в состав современных информационных технологий. Студенты осваивают навыки применения методов и средств вычислительной термогазодинамики (CFD), которые нацелены на решение практических задач проектирования проточных частей турбомашин в условиях, типичных для рабочих процессов в ГТУ и ГТД.
Цель изучения дисциплины «Компьютерные технологии в науке и производстве »– сформировать специалистов, умеющих обоснованно и результативно применять существующие и осваивать новые математические методы и численные модели при проектировании лопаточных аппаратов; умеющих провести разработку варианта конструкции в СAD системе трехмерного моделирования, поверочные расчеты в CAE системе и их основе обосновать корректировку конструкции до получения варианта, удовлетворяющего комплексу газодинамических и прочностных требований.
Результаты обучения (компетенции) выпускника ООП, на формирование которых ориентировано изучение дисциплины «Компьютерных технологий в науке и производстве » (в соответствии с ФГОС ВПО, раздел 5)
| Код | Результат обучения (компетенция) выпускника ООП |
| ОК-62 | умение логически верно, аргументированно и ясно строить устную и письменную речь |
| ОК-15 | умение использовать методы количественного анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования проточных частей турбомашин |
| ПК-313 | умение применять количественные и качественные методы анализа при разработке варианта конструкции проточной части турбомашины, удовлетворяющего комплексу газодинамических и прочностных требований |
| ПК-32 | умение выбирать численные модели при CFD расчетах , анализировать их адекватность, проводить адаптацию моделей к конкретным задачам течения и теплообмена в турбомашинах |
| ВК-84 | умение обоснованно выбирать методы статистической и графической обработки данных и результативно выполнять её с использованием математических пакетов (Excel, MathCAD, Solid Edge,ANSYS FLUENT, STAR CCM+) |
Планируемые результаты изучения дисциплины, обеспечивающие достижение цели изучения дисциплины «Компьютерные технологии в науке и производстве » и её вклад в формирование результатов обучения (компетенций) выпускника ООП (при разработке раздела использован раздел 6 ФГОС ВПО):
– знание основных понятий, методов и приёмов линейной алгебры, матричного анализа, теории дифференциальных уравнений, вычислительной математики, механики жидкости и газа, теории тепло - и массообмена, теории турбомашин;
– умение применять математические методы (в частности, методы численного анализа, вычислительной математики) для решения задач проектирования проточных частей тепловых турбомашин с доведением решения до практически приемлемого результата с использованием лицензионного программного обеспечения;
– умение ориентироваться в математическом аппарате вычислительной термогазодинамики, работать с монографиями, справочниками, подобрать, интерпретировать и оценить необходимую информацию;
– умение представить техническую информацию специалистам и неспециалистам, составлять технические отчёты с использованием прикладного программного обеспечения;
– учебные умения, позволяющие с высокой степенью самостоятельности осваивать новые теоретические методы и модели, используемые в теории вычислительной термогазодинамики применительно к проектированию проточных частей тепловых турбомашин.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Согласно ФГОС ВПО направления 141100.68 «Энергетическое машиностроение» (квалификация (степень) «магистр») «Компьютерные технологии в науке и производстве » – рекомендованная в ФГОС дисциплина общенаучного цикла М1.
Дисциплину « Компьютерные технологии в науке и производстве » студенты изучают в 9-м семестре. Дисциплина «Компьютерные технологии в науке и производстве » базируется на основных положениях курсов вычислительной математики, теории тепломассообмена, газовой динамики и теории турбомашин.
3. Распределение трудоёмкости освоения дисциплины по видам учебной работы и формы текущего контроля и промежуточной аттестации
3.1. Виды учебной работы
| Виды учебной работы | Трудоёмкость по семестрам | Итого, ач | |
| 9-й сем. | |||
| ач/нед | ач/сем | ||
| Лекции (Л) | | | |
| Лабораторные занятия (ЛЗ) | 2 | 36 | 36 |
| в том числе занятия в интерактивной форме | | | |
| Практические занятия, семинары (ПЗ) | | | |
| в том числе аудиторные занятия в интерактивной форме | | | |
| Самостоятельная работа студентов (СРС) | 2 | 36 | 36 |
| в том числе творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСРС) | | | |
| Экзамены (Э) (подготовка, сдача) | | | |
| Общая трудоемкость освоения дисциплины | 72 ач | | |
| 4 зет | | ||
3.2. Формы текущего контроля и промежуточной аттестации
| Формы текущего контроля и промежуточной аттестации | Количество по семестрам | Итого |
| 9-й сем. | ||
| Текущий контроль | ||
| Контрольные работы (КРб), шт. | | |
| Коллоквиумы (Кк), шт. | | |
| Расчетно-графические работы (РГР), шт. | 7 | 7 |
| Рефераты (Реф), шт. | | |
| Курсовые проекты (КП), шт. | | |
| Курсовые работы (КР), шт. | | |
| Промежуточная аттестация | ||
| Зачеты, (З), шт. | 1 | 1 |
| Экзамены, (Э), шт. | | |
4. Содержание и результаты обучения
Вклад дисциплины в формирование результатов обучения выпускника (компетенций) и достижение обобщённых результатов обучения (описаны в разделе 1) происходит путём освоения содержания обучения и достижения частных результатов обучения, описанных в данном разделе.
4.1. Разделы дисциплины и виды учебной работы
| | Разделы дисциплины, мероприятия текущего контроля | Л, ач | ПЗ, ач | СРС, ач |
| 0. | Роль компьютерных технологий при моделировании рабочих процессов в энергетических установках. Схема информационного пространства. Принцип баланса точности. | | 0 | 6 |
| 1. | Развитие вычислительных ресурсов и их современное состояние. CAD /CAE/САМ системы | |||
| | 1.1. Измерение производительности и пиковая производительность компьютеров. | | 0 | 4 |
| | 1.2. CALS – технологии при проектировании новой техники. Современные пакеты CFD – анализа. | | | 4 |
| | 1.3. Декомпозиция задач численного моделирования на параллельных компьютерах. Понятия об ускорении вычислений и коэффициенте масштабирования | | | 6 |
| 2. | Методы и модели CFD – анализа. Методология метода контрольных объемов (МКО) | |||
| | 2.1. Методы построения расчетных сеток. Структурированные и неструктурированные сетки. | | | 8 |
| | 2.2.. Методы дискретизации. Применение МКО к решению задач стационарной и нестационарной теплопроводности. Основные правила для коэффициентов дискретного аналога | | | 4 |
| | 2.3. Обоснование дискретизации конвективных членов схемой “против потока”. Численное моделирование стационарной одномерной диффузии и конвекции | | | 4 |
| | Итого по видам учебной работы: | | | 36 |
| | Общая трудоёмкость освоения: ач / зет | 3 | | |
4.2. Содержание разделов и результаты изучения дисциплины
| Разделы дисциплины и их содержание | Результаты обучения |
| 1. Развитие вычислительных ресурсов и их современное состояние. CAD /CAE/САМ системы. | |
| 1.1. Измерение производительности и пиковая производительность компьютеров. | Направления развития производительности вычислений. Понятие о балансе точности. Терафлопс. Расчет производительности компьютера. Лидеры на мировой ранке суперкомпьютеров. |
| 1.2. CALS – технологии при проектировании новой техники. Современные пакеты CFD – анализа. | Место триады CAD /CAE/САМ при проектировании и жизненном цикле изделия. Основные элементы системы проектирования турбинных лопаток, построенной на CALS – технологии. |
| 1.3..Декомпозиция задач численного моделирования на параллельных компьютерах. Понятия об ускорении вычислений и коэффициенте масштабирования | Источники параллелизма при компьютерном моделировании. Одно, двух и трехмерная декомпозиция расчетной сетки. Количественные оценки эффективности распараллеливания. Примеры вычисления коэффициента ускорения кластера. |
| 2. .Методы и модели CFD – анализа. Методология метода контрольных объемов (МКО) | |
| 2.1. Методы построения расчетных сеток. Структурированные и неструктурированные сетки | Основные положения МКО. Преимущества МКО по сравнению с МКР и МКЭ, Блочно - структурированные сетки. Принцип приоритета информации вверх по потоку. Географический шаблон расчетной сетки. |
| 2.2.. Методы дискретизации. Применение МКО к решению задач стационарной и нестационарной теплопроводности. Основные правила для коэффициентов дискретного аналога | Каноническая форма записи дискретного аналога уравнения теплопроводности. Ограничения на производительность внутренних источников тепловыделения и сеточное число Фурье |
| 2.3. Обоснование дискретизации конвективных членов схемой “против потока”. Численное моделирование стационарной одномерной диффузии и конвекции | Ограничение на сеточное число Пекле. Метод донорных ячеек. Рекомендации по выбору аппроксимации искомых переменных при числе Пекле, больше двух. |
5. Образовательные технологии
В преподавании курса используются традиционные образовательные технологии:
– лабораторные занятия,
– расчётно-графические работы.
Занятия в интерактивной форме.
В интерактивной форме проводятся следующие занятия:
| Занятия в интерактивной форме | Объём, ач |
| Интерактивные практические занятия-семинары по. современным пакетам CFD – анализа. | 6 |
| Итого: | 6 |
6. Лабораторный практикум
Программой предусмотрены лабораторные занятия общей аудиторной трудоёмкостью 36 часа.
1. Ламинарное течение в плоском канале и круглой трубе.
2. Турбулентное течение в плоском канале и круглой трубе.
2. Моделирование турбулентного течения во вращающейся полости.
3. Численное моделирование гидравлического сопротивления в шахматном пучке труб.
4. Расчет локального теплообмена в шахматном пучке труб воздухоохладителя.
5. Сопряженный теплообмен при ламинарном обтекании пластины.
6. Сопряженный теплообмен при турбулентном обтекании пластины.
7. Моделирование косого скачка уплотнения при сверхзвуковом обтекании клина.
7. Практические занятия
Практические занятия по курсу не предусмотрены.
8. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Примерное распределение времени самостоятельной работы студентов
| Вид самостоятельной работы | Примерная трудоёмкость, ач |
| Текущая СРС | |
| работа с лекционным материалом, с учебной литературой | 18 |
| подготовка к экзаменам | 18 |
| Итого текущей СРС: | 36 |
| Творческая проблемно-ориентированная СРС | |
| | |
| | |
| Итого СРС: | 36 |
Методы контроля СРС: два зачета и экзамен по курсу.
Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов (см. п. 9)
9. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
9.1. Адрес сайта курса
ссылка скрыта
9.2. Рекомендуемая литература
Основная литература
1. Снегирев А.Ю. Высокопроизводительные вычисления в технической физике. Численное моделирование турбулентных течений. Гриф УМО РФ. СПб.: Изд. - во Политехн. ун – та. 2009. 143с.
Дополнительная литература
1. Патанкар С.В. Численные решения задач теплопроводности и конвективного теплообмена при течении в каналах: М.: Изд-во МЭИ. 2003. 312с.
2. Батурин О.В., Батурин Н.В., Матвеев В.Н. Построение расчетных моделей в препроцессоре GAMBIT универсального программного комплекса FLUENT. Самара. Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та. 2009. 172с.
3. Батурин О.В., Батурин Н.В., Матвеев В.Н. Расчет течений жидкости газа с помощью универсального программного комплекса FLUENT. Самара. Изд - во Самар. гос. аэрокосм. ун-та. 2009. 151с.
4. Диденко, Д. В. Учимся работать в Solid Edge. М.: ДМК Пресс. 2009. 250 с.
9.3. Технические средства обеспечения дисциплины
Для практического освоения численных методов расчета течения в проточных частях осевых турбомашин привлекаются коммерческие коды ANSYS FLUENT 6.3.26. и STAR CCM+ 4.02.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Для выполнения расчётно-графический заданий в течение лабораторных занятий студенты пользуются персональными компьютерами учебного вычислительного центра кафедры ТОТ.
11. Критерии оценивания и оценочные средства
11.1. Критерии оценивания
Качество освоения дисциплины фиксируется зачетом , который выставляется с учётом качества выполнения расчётно-графических работ.
11.2. Оценочные средства
Оценка качества освоения дисциплины, разумеется, субъективна, так как выполняется не компьютером, а человеком. Впрочем, отчасти этот недостаток компенсируется многолетним опытом и высокой квалификацией преподавателей.
12. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины
Самостоятельная работа
Численное моделирование сопряженного теплообмена на вращающемся диске. Численное моделирование течения идеального газа в сопле Лаваля на нерасчетном режиме.
1 очная (и/или очно-заочная, и/или заочная)
2 ОК – общекультурные компетенции по ФГОС ВПО.
3 ПК – профессиональные компетенции по ФГОС ВПО.
4 ВК – «вузовские компетенции» – результаты обучения выпускника, введённые вузом (т.е. разработчиками основной образовательной программы) дополнительно к ФГОС ВПО.
- -