Моделювання та аналіз процесів в теплоенергетиці

Анотація навчальної дисципліни

Мета вивчення дисципліни: придбання здобувачем вищої освіти ступеня доктора філософії теоретичних та практичних знань у галузі математичного моделювання та аналізу процесів в теплоенергетиці.

Практичне значення та використання отриманих знань: формування у здобувача вищої освіти ступеня доктора філософії знань про методи дослідження теплових процесів та складання математичних моделей; застосування технічних і програмних засобів для оптимізації існуючих та розробки нових технологічних процесів, агрегатів, виробництв в теплоенергетиці широким застосуванням обчислювальної техніки; придбання навичок математичного моделювання та використання прикладних програм для математичного моделювання та аналізу процесів в теплоенергетиці.

Основні результати навчання
Навички управління інформацією для організації та проведення наукових досліджень.
Здатність виявляти, ставити та вирішувати проблеми дослідницького  характеру  у  сфері  теплоенергетики, оцінювати  та  забезпечувати  якість  виконуваних досліджень.
Формулювати  і  перевіряти  гіпотези;  використовувати  для обґрунтування  висновків  належні  докази,  зокрема,  результати  теоретичного аналізу,  експериментальних  досліджень,  спостережень,  тощо  і  математичного та/або комп’ютерного моделювання, наявні літературні дані..
Розробляти   та  досліджувати  концептуальні,  математичні  і комп’ютерні  моделі   процесів  і  систем,  ефективно  використовувати  їх  для  отримання  нових  знань  та/або  створення  інноваційних  продуктів  у теплоенергетиці та дотичних міждисциплінарних напрямах.
Планувати  і  виконувати  експериментальні  та/або  теоретичні дослідження  з  теплоенергетики  та  дотичних  міждисциплінарних  напрямів  з використанням сучасних інструментів, критично аналізувати результати власних досліджень  і  результати  інших  дослідників  у  контексті  усього  комплексу сучасних знань щодо досліджуваної проблеми.Планувати  і  виконувати  експериментальні  та/або  теоретичні дослідження  з  теплоенергетики  та дотичних  міждисциплінарних  напрямів  з використанням сучасних інструментів, критично аналізувати результати власних досліджень  і  результати  інших  дослідників  у  контексті  усього комплексу сучасних знань щодо досліджуваної проблеми.
Розробляти  та  реалізовувати  наукові  та/або  інноваційні  інженерні проекти, які  дають  можливість
переосмислити  наявне  та  створити  нове цілісне знання  та/або  професійну  практику  і  розв’язувати
значущі  наукові  та технологічні проблеми теплоенергетики з дотриманням норм академічної етики і
врахуванням соціальних, економічних, екологічних та правових аспектів.

Тематика та види навчальних занять

1 тиждень
Лекція1. Модель та її види. Призначення і функції моделей. Структура процесу моделювання.  Способи опису математичних моделей. Етапи математичного моделювання.

2 тиждень
Практичне заняття 1. Визначення крайових умов у задачах теплопровідності.

3 тиждень
Лекція 2. Диференційні рівняння теплопровідності, руху, нерозривності, енергії, фізичне визначення складових рівняння. Крайові умови, види умов однозначності. Граничні умови 1-го, 2-го, 3-го і 4-го родів.

4 тиждень
Практичне заняття 2. Визначення коефіцієнтів рівняння регресії.  Відсіч грубих похибок за критеріями Смирнова та Діксона.

5 тиждень
Лекція 3. Моделювання процесів теплопровідності методом кінцевих різниць. Кінцево-різницеві апроксимації лінійного нестаціонарного одновимірного рівняння теплопровідності, їхні властивості. Метод контрольного об’єму при моделюванні нагріву двошарового стрижня при межових умовах 3-го роду. 

6 тиждень
Практичне заняття 3. Лінійна  апроксимація трьохрівневого двофакторного експерименту.

7 тиждень
Лекція 4. Сутність планування експерименту і його задачі. Фактори і параметри оптимізації. Визначення функції відклику, рівні факторного простору. Повний факторний експеримент (ПФЕ), його етапи.

8 тиждень
Практичне заняття 4. Дослідження процесу стаціонарної теплопровідності для плоскої пластини.
Модульна контрольна робота 1. 

9 тиждень
Лекція 5. Засоби побудови матриці планування ПФЕ. Проведення ПФЕ. Виключення грубих помилок при вимірюванні результатів експериментів.

10 тиждень
Практичне заняття 5. Перевірка значності коефіцієнтів рівняння регресії.

11 тиждень
Лекція 6. Статистична  обробка результатів експериментів. Математичне моделювання теплових процесів у вигляді рівняння регресії.

12 тиждень
Практичне заняття 6. Рішення стаціонарної задачі нагріву стержня методом контрольного об’єму.

13 тиждень
Лекція 7. Теорія оптимізації. Загальна схема розв’язання задач. Оптимізація однофакторних об’єктів.  Оптимізація багатофакторних об’єктів. Метод покоординатного спуску. Метод випадкового пошуку. Метод градієнту. Методу крутого сходження. Метод найскорішого спуску.

14 тиждень
Практичне заняття 7. Методи переходу від ПФЕ до ДФЕ при плануванні експерименту.

15 тиждень
Лекція 8. Сутність фізичного моделювання. Фізичне значення чисел Біо, Фур’є, Архімеда, Нуссельта, Рейнольдса, Маха.
Модульна контрольна робота 2.

Самостійна робота: 60 годин.

Консультації: здійснюються викладачем впродовж семестру згідно розкладу.

Оцінювання результатів навчання

Оцінювання результатів навчання з дисципліни здійснюється за накопичувальною системою, яка дає можливість здобувачеві протягом семестру отримати максимально 100 балів.
Система оцінювання рівня навчальних досягнень ґрунтується на принципах ЄКТС та є накопичувальною. Дисципліна поділяється на два семестрові модулі. Здобувачі протягом семестру готуються до лекційних та лабораторних занять, виконують 2 модульні контрольні роботи.
Модульні контрольні роботи № 1 та № 2 виконуються у письмовій формі. Модульна робота складається з теоретичної частини (4 запитання) та практичної частини (1 задача). Відповідь на кожне теоретичне питання оцінюється максимум 5 балами. Правильне розв’язання задачі оцінюється в 10 балів.
Кожний модуль оцінюється у максимально можливі 50 балів:

Семестровий модуль № 1
Практичне заняття 1-2. Оцінка за виконання – 10 балів (2-4 тиждень).
Практичне заняття 3-4. Оцінка за виконання – 10 балів (6-8 тиждень).
Модульна контрольна робота 1. Модульна контрольна робота – 30 балів (8 тиждень). 
Перескладання можливе протягом 9-10 тижнів за розкладом консультацій.

Семестровий модуль № 2
Практичне заняття 5-6. Оцінка за виконання – 10 балами (10 тиждень).
Практичне заняття 7. Оцінка за виконання – 10 балами (14 тиждень).
Модульна контрольна робота 2. Модульна контрольна робота – 30 балів (15 тиждень).
Максимальна оцінка за повний обсяг виконаних навчальних елементів дисципліни – 100 балів. Підсумковим контролем з дисципліни є екзамен.

Посилання на рекомендовані джерела
1.    Математичні методи моделювання : підручник / А.В. Усов, О.С. Савєльєва, І.І. Становська, А.О. Перпері; за наук. ред. О.Л. Становського .- О. : Пальміра, 2011.- 500 с. : іл..- Літ.: с. 483-490 (151 назв.).- ISBN 978-966-8945-61-8.
2.    Совєтов, Борис Якович. Моделювання систем: Практикум: Навч. посібник для вузів за спец. "Автоматиз. системи обробки інформ. та упр." / Б.Я. Рад, С.А. Яковлєв.- М.: Вищ. шк., 1999. - 224 с. : іл.
3.    Математичне моделювання технічних систем/О.В. Усов, Л.І. Плотнікова, В.А. Вайсман, Д.В. Дмитришин, Г.А. Оборський.- К.: Техніка, 1995.- 328 с. 213
4.    Методи планування та обробки результатів інженерного експерименту: Навчальний посібник/Н.А. Спірін, В.В. Лаврів, Л.А. Зайнуллін, А.Р. Бондін, А.А. Бурикін; За заг. ред. Н.А. Спірина. - Єкатеринбург: ТОВ «УІНЦ», 2015. - 290 с.
5.    Самарський А. А., Гулін А. В. Чисельні методи: Навчання, посібник для вузів, - М.: Наука. Гол. ред. фіз-мат. літ., 1989. - 432 с. - ISBN 5-02-013996-3.