СИСТЕМА КАЧЕСТВА

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

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

с. 2 из 11

дисциплины» основной образовательной программы

подготовки аспиранта по отрасли Технические науки,

специальность 01.04.14 – Теплофизика и теоретическая

теплотехника) 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 специальностей научных работников по специальности 01.04.14 «Теплофизика и теоретическая теплотехника» и учебным планом АлтГТУ по основной образовательной программе аспирантской подготовки.

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ МЕСТО В СИСТЕМЕ ПОДГОТОВКИ АСПИРАНТА, ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

1.1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Цель изучения дисциплины «Теория горения» является углубление знаний по основам 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, ЗАВЕРШИВШЕГО 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 прикладных физических задач теории горения;

использовать методы теории горения при выполнении диссертационной работы;

решать основные задачи теории и применять расчеты к конкретным технологическим процессам и объяснению природных явлений.

Демонстрировать:

эрудицию и осведомленность в понимании основных проблем теории горения;

подготовленность к самостоятельному изучению и пониманию специальной, научной, справочной и методической литературы, связан ной с проблемами горения и взрыва;

квалифицированное применение основ высшей математики, математического

СИСТЕМА КАЧЕСТВА

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«Теория горения» (ОД.А.03; цикл ОД.А.00 «Обязательные с. 3 из дисциплины» основной образовательной программы подготовки аспиранта по отрасли Технические науки, специальность 01.04.14 – Теплофизика и теоретическая теплотехника) анализа, теория вероятностей, математической статистики, теоретической механики, гидродинамики, 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 современной теории, аппаратуры, оборудования, информационных технологий с использованием 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 математике и информатике в объеме программы высшего профессионального образования.

1.4 СВЯЗЬ С ПОСЛЕДУЮЩИМИ ДИСЦИПЛИНАМИ

Знания и навыки, полученные аспирантами при изучении данного курса, необходимы 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 ЗАЧЕТНЫХ ЕДИНИЦАХ)

Форма обучения (вид отчетности) 1-3 годы аспирантуры; вид отчетности – экзамен кандидатского минимума.

Объем часов / зачетВид учебной работы ных единиц Трудоемкость изучения дисциплины 144/ Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего) в том числе:

лекции семинары практические занятия Самостоятельная работа аспиранта (всего) в том числе:

Подготовка к практическим занятиям Изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку

СИСТЕМА КАЧЕСТВА

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«Теория горения» (ОД.А.03; цикл ОД.А.00 «Обязательные с. 4 из дисциплины» основной образовательной программы подготовки аспиранта по отрасли Технические науки, специальность 01.04.14 – Теплофизика и теоретическая

2.2 РАЗДЕЛЫ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ ЗАНЯТИЙ

п/п дисциплины лекции семинары практиче- самостоские заня- ят. рабо- Развитие представлений о горении.

Термодинамика процессов горения.

Типы пламени и скорость горения.

Инициация процессов горения.

Воспламенение, зажигание и распространение пламени в газовых смесях.

Общие представления о взрыве и взрывчатых веществах.

Теории возникновения и развития взрывных процессов.

Основные положения теории Теория горения природных материалов.

2.3 СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИОННЫХ ЗАНЯТИЙ

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 распространение, как характерная особенность процесса горения и механизмы распространения пламени. Понятие скорости горения. Основы классификации горючих смесей и процессов горения. Состав горючей системы и условия горения. Характеристики процесса горения: коэффициент горючести, характер свечения пламени. Горючие техногенные вещества и их классификация. Уравнения горения и методика их составления. Соотношение горючего вещества и окислителя в системе.

Мольная доля горючего вещества; стехиометрический коэффициент реакции горения. Продукты сгорания и зависимость их состава от состава горючего вещества. Полное и неполное сгорание.

Кинетика процессов горения. Влияние различных факторов на скорость

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 горения. Молекулярность и порядок реакций горения. Зависимость энергии активации от молекулярности реакций. Элементарные реакции.

Теории горения. Перекисная теория горения. Работы Боденштейна. Теория цепных реакций. Неразветвленные и разветвленные цепные реакции. Вырожденно-разветвленные реакции. Работы Семенова и Хиншелвуда. Развитие теории цепных реакций. Температура окисления горючих веществ и факторы, на нее влияющие. Теории самовоспламенения. Виды самовоспламенения и скорость этого процесса. Температура самовоспламенения и ее зависимость от состава горючей смеси, начальной температуры и др. факторов. Возгорание и воспламенение; температуры, характеризующие данные процессы. Самовозгорание и его виды:

тепловое, микробиологическое, химическое. Особенности процессов самовозгорания различных веществ. Температура самовозгорания. Основы химической термодинамики процессов горения и взрыва. Основные понятия и определения. Элементарные основы химической термодинамики (классификация систем; классификация химических реакций). Цепные реакции. Математическое описание химических процессов. Обратимость химических реакций. Химическое равновесие. Скорость химической реакции. Условия химического равновесия.

Термодинамика процессов горения. Тепловые эффекты реакций горения. 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. Температура горения и способы ее определения. Теоретическая температу- ра горения. Адиабатическая (калориметрическая) температура горения.

Действительная температура горения (температура пожара).

Типы пламени и скорость горения. Предварительно перемешанные и предварительно не перемешанные смеси горючих веществ с окислителем. Структура пламени. Системы с различными типами пламени. Ламинарное 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 предварительно не перемешанной смеси. Особенности применения смесей различного типа.

Инициация процессов горения. Действие источника воспламенения (зажигания) на горючую смесь. Искровое зажигание и его особенности:

успешное зажигание, отказ от зажигания. Методы исследования параметров зажигания. Источники искрового зажигания: высоковольтная и низковольтная искра, их разновидности и особенности использования.

Пределы зажигания. Охлаждающее действие электродов. Зажигание накаленной поверхностью, его особенности.

Воспламенение, зажигание и распространение пламени в газовых смеСИСТЕМА 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 сях. Цепное самовоспламенение. Тепловое самовоспламенение. Дефлегмация. Овновные уравнения горения. Диффузионное горение газа.

Турбулентное распространение пламени. Самовоспламенение топливо- воздушных смесей. Критические условия воспламенения. Период индукции при адиабатных условиях и при наличии теплопотерь.

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. Чувствительность взрывчатых веществ. Инициация взрыва. Классификация взрыв- чатых веществ и взрывных процессов. Кислородный баланс взрывчатого вещества. Гидродинамическая теория детонации. Детонационная волна. Коэффициент жесткости взрывных газов.

Теории возникновения и развития взрывных процессов. Объем и состав газообразных продуктов взрыва. Теплота и температура взрыва. Давление при взрыве. Типы и характеристики взрыва. Скорость детонационной волны, способы ее определения. Удельная энергия взрыва. Действие взрывных газов. Ударная волна. Распределение энергии при взрыве:

энергия ударной волны, остаточная энергия, кинетическая и тепловая энергия осколков оболочки, кинетическая и тепловая энергия источника, 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 бризантное действие взрыва. Действие ударной волны на человека. Экспертные 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.

Основные положения теории детонации. Принципиальные отличия процессов горения от взрыва. Теория теплового взрыва Н.Н. Семенова. Условия возбуждения теплового взрыва по Н.Н. Семенову.

Теория горения природных материалов. Общая характеристика и классификация 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 паровоздушных 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.

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 Пожароопасность пыли. Теория горения аэровзвесей. Концентрационные пределы воспламенения пыли, их определение и использование.

Горение твердых веществ. Особенности состава, строения и процессов горения твердых веществ. Горение древесины. Горение металлов. Пиролиз полимерных материалов. Оценка пожарной опасности горючих веществ. Общая характеристика процессов, протекающих при нагревании и горении веществ в различном агрегатном состоянии. Избыточное давление при взрыве веществ в различном агрегатном состоянии.

2.3 ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ Термодинамика процессов горения и взрыва Химические процессы при горении и взрыве Горение природных систем

3 ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕКУЩЕГО И ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

3.1 КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ – не предусмотрены.

3.2 СПИСОК ВОПРОСОВ ДЛЯ ПРОМЕЖУТОЧНОГО ТЕСТИРОВАНИЯ – не

предусмотрено.

3.3 САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

Химическая термодинамика процесса горения. Основные понятия и определения. Классификация систем и химических реакций. Обратимость химических реакций. Химическое равновесие. Скорость химической реакции. Условия химического равновесия.

Термодинамика процесса горения. Изменение внутренней энергии в процессе горения. Тепловой эффект химической реакции. Закон Гесса. Зависимость теплового эффекта (теплоты) реакции от температуры. Закон Кирх- гоффа. Теплота сгорания топлива. Уравнение Аррениуса. Энергия активации реагирующих систем.

Топливо и горючая смесь. Физические процессы, сопровождающие горение горючих смесей. Тепловое излучение. Роль диффузии и теплопередачи в процессах горения.

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 Воспламенение горючих смесей. Тепловое самовоспламенение. Цепное Распространение пламени в неподвижной смеси. Задача о скорости распространения пламени. Распространение пламени в ламинарном потоке. Распространение пламени в турбулентном потоке.

Взрыв. Типы взрывов. Классификация взрывов по плотности вещества, по типам химических реакций. Энергия и мощность взрыва. Ударные и дето- национные волны.

Основные положения теории детонации. Принципиальные отличия процессов горения от взрыва. Теория теплового взрыва Н.Н. Семенова. Усло- вия возбуждения теплового взрыва по Н.Н. Семенову.

Особенности горения твердых и жидких топлив.

Особенности горения жидких топлив.

3.3.2 ТЕМАТИКА РЕФЕРАТОВ – не предусмотрены.

Итоговый контроль проводится в виде экзамена кандидатского минимума.

4 ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОБУЧЕНИЯ И КОНТРОЛЯ, ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭВМ (Перечень обучающих, контролирующих и расчетных программ, диафильмов, слайдфильмов, кино- и телефильмов).

При проведении лекций может использоваться дисплейный класс (ауд. 222 л.к.) с установленными там проектором и персональными ЭВМ для возможности иллюстрации практических приемов и методик по ходу изложения теоретического материала.

Для проведения лабораторных работ имеется специализированная лаборатория моделирования 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 SP2. Кроме вышеперечисленного, в лаборатории имеется учебно-лабораторное оборудование: система автоматизации измерений LabVIEW фирмы National Instruments.

5 АКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ОБУЧЕНИЯ (ДЕЛОВЫЕ ИГРЫ, НАУЧНЫЕ ПРОЕКТЫ)

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.

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

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

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

8. Физика простых жидкостей. Сборник, Мир, М., 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; Инт хим.физики им. Н.Н. Семенова. – М.: Наука, 2004, Т. 1. Кн. 1: Цепные реакции. – 2004. 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 способы 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 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.

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

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

ДОПОЛНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ В РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЕ

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 теплотехника, вносятся следующие дополнения и изменения: