Методика организации компьютеризированного практического занятия по теплотехнике Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

ИНФОРМАТИКА БЕЗ ГРАНИЦ

УДК 536.212.3:378.147

А.А. Андреенков, А.А. Дементьев,

Московский политехнический университет

Методика организации компьютеризированного практического занятия по теплотехнике

При изучении теплотехники часто приходится сталкиваться с решением числовых задач, традиционный подход к которому предусматривает корректную реализацию математического аппарата посредством вспомогательных счетных устройств. Замечено, что получение числового ответа, признанного верным, представляется студенту самодостаточной целью - проводить дополнительный анализ результата не нужно, поэтому, чтобы не нивелировать практическое значение числового примера, приходится активизировать рассуждения с помощью вопросов типа «это много/мало?», «это хорошо/ плохо?».

При навязанном побудительном аспекте и ограниченном времени на уяснение быстрое «переключение» на новые «подзадачи» затруднено и, как правило, сопряжено с недопониманием их логической преемственности и с «ускользанием» сущности изучаемого явления. Происходящее по ходу занятия студент начинает воспринимать как рутину, интерес его ослабевает, внимание рассеивается, исчезает важная составляющая процесса образования -самоконтроль, и студент постепенно самоустраняется от участия в работе, вплоть до интеллектуальной пассивности [4].

Очевидно, что в этом случае «мобилизация интеллектуальных усилий» и поддержание интереса студентов ложатся на плечи преподавателя.

Компьютеризированное практическое занятие по изучению теплоизоляции трубопроводов

Содержание задания по теплотехнике можно представить в следующем виде: «теоретическая часть», «математический аппарат», «справочные величины», «задача» - и выполнить его на компьютере [3].

Так, для изучения практических приложений теплотехники были разработаны комплексы, включающие учебно-методические пособия и компьютерные программы [1, 2].

В пособии, где акцент сделан на аспекте самоконтроля при изучении теоретической части и выполнении задания, приводятся необходимые сведения по изучаемым явлениям, формуль-но-математическому аппарату,

рассматривается порядок выполнения работы на компьютере, указываются справочные величины и требования по оформлению результатов.

Подробнее остановимся на организации компьютеризированного практического занятия по теплоизоляции трубопроводов на на тему «Критический диаметр теплоизоляции трубопровода».

В трубопроводе, по условию задачи, однородная теплоизоляция равномерно и плотно прилегает к прямой цилиндрической трубе, исключая контактные термические сопротивления. Пренебрегая краевыми эффектами при одномерной постановке задачи теплопередачи, тепловой поток О, Вт, под-

© Андреенков А.А., Дементьев А.А., 2016

■ ИНФОРМАТИКА БЕЗ ГРАНИЦ

АНДРЕЙ

АНАТОЛЬЕВИЧ

АНДРЕЕНКОВ

кандидат технических наук, доцент кафедры энергоустановок для транспорта и малой энергетики Москов-__ского политехнического университета. Сфера научных интересов: турбомашины, прикладные аспекты теплотехники. Автор более 40 публикаций

АЛЕКСАНДР

АЛЕКСАНДРОВИЧ

ДЕМЕНТЬЕВ

старший преподаватель кафедры энергоустановок для транспорта и малой энергетики Московского политехнического университета. Сфера научных интересов: турбомашины, прикладные аспекты теплотехники. Автор 18 публикаций

Рассматривается реализация практического занятия по теплоизоляции трубопроводов с помощью компьютерных технологий. Представлено описание разработанной компьютерной программы. Приводятся методика работы и рекомендации по организации такого занятия.

Ключевые слова: компьютеризированное занятие, критический диаметр теплоизоляции.

The article discusses the implementation of practical training on thermal insulation of pipelines with the help of computer technology. Presents description of the developed computer program. Describes the work methodology and the recommendations for the organization of practical experience.

Key words: computerized lesson, the critical diameter of thermal insulation.

водимыи теплоотдачей от горячей среды к трубе, проходящий через стенку и слой изоляции теплопроводностью и отводимый теплоотдачей с поверхности изоляции трубопровода к наружному воздуху, представляет собой тепловые потери трубопровода (рис.). По условиям задания известны значения температур теплоносителей и ос-редненных коэффициентов теплоотдачи к внутренней и от наружной поверхностей трубопровода -стационарные граничные условия третьего рода.

В задании моделируются два возможных технических случая.

1. Наружный диаметр dнар тр трубы больше величины критического диаметра dкр из теплоизоляционного материала. В этом случае нанесение теплоизоляции любой толщины ведет к уменьшению тепловых потерь Q (линия 1 на рисунке).

2. Наружный диаметр dнартр трубы трубопровода меньше величины dкр из. В этом случае при нанесении теплоизоляции тепловые потери Q растут до тех пор,

нар. из

пока наружный диаметр dl изоляции трубопровода не достигнет величины dкриз. А при последующем увеличении слоя материала тепловые потери Q сни-

жаются до уровня собственно неизолированной трубы и только затем - до меньших значений (линия 2 на рисунке).

Выполнение работы сведено к взаимодействию студента и компьютерной программы, которая написана на языке программирования Microsoft QB.

Студент, выполняя задание, вырабатывает и принимает самостоятельные решения, проводит поиск и расчеты величин. Он приобретает навыки работы со справочными данными, в пособии не-

обходимые величины приведены согласно [5]. Программа, в частности, проверяет корректность вводимых величин и выполнения условий.

Работа студента на компьютеризированном практическом занятии организована по следующей методике.

Изучив теоретический материал пособия, студент приступает к выполнению практического задания, используя для записей подготовленный бланк протокола [1].

Программа генерирует и выводит на монитор компьютера исходные данные: размеры трубы, показатели температуры горячего и холодного теплоносителей, осредненные коэффициенты теплоотдачи, а также вариант материала трубы: титановый сплав, никелевый сплав, аустенитная сталь, углеродистая сталь или алюминиевый сплав. Эти и последующие данные заносятся в протокол.

Затем программа запрашивает теплопроводность материала трубы. Это необходимо рассчитать самостоятельно методом линейной интерполяции табличных величин с учетом средней арифметической температуры теплоносителей.

После выполнения предыдущего пункта программа назначает три вида теплоизоляции тру-

Рис. Тепловые потери трубопроводов при разной теплоизоляции

бопровода из следующих стро-

ИНФОРМАТИКА БЕЗ ГРАНИЦ

ительных и вспомогательных материалов: асбестовая ткань, бетон на щебне, минеральная вата марок М-150 или М-75 и раствор цементно-песчаный. По справочным данным следует найти теплопроводность материалов с учетом средней температуры теплоносителей.

По запросу программы необходимо, предварительно рассчитав, ввести в компьютер значения критических диаметров теплоизоляционных материалов.

Из трех видов теплоизоляции следует выбрать два материала так, чтобы критический диаметр одного был больше, а другого меньше наружного диаметра трубы.

После выполнения предыдущего пункта студент задает компьютеру серию размеров внешнего диаметра слоя изоляции для моделирования тепловых потерь трубопровода в каждом случае. По результатам расчетов строятся зависимости, аналогичные рассмотренным выше.

Организация практического занятия предполагает использование для группы студентов вычислительного класса, где каждый может работать на персональном компьютере в течение всего занятия. Продолжительность такого рода занятия должна быть не менее двух академических часов.

Студент - будущий энергетик - на лабораторных занятиях

Практический опыт использования в учебном процессе рассмотренной методики организации компьютеризированного занятия позволяет сделать следующие выводы и рекомендации:

- алгоритм выполнения работы на компьютере легко реализуется несложной программой, которую затем можно модифицировать;

- для гарантии физически оправданных вариантов сгенерированных исходных данных и «непредвзятой оценки» хода выполне-

ния работы требуется тщательная отладка компьютерной программы;

- вариабельность исходных данных позволяет многократно повторить выполнение задания;

- необходима разработка самодостаточного пособия с четким и логическим содержанием для минимизации дополнительных пояснений преподавателем;

- существенно активизируется самостоятельная работа студента, повышается привлекательность процесса изучения материала и качество его усвоения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Андреенков А.А. Критическийдиаметртепловой изоляции. М.: МГТУ «МАМИ», 2011. 32 с.

2. Андреенков А.А. Решение внутренней задачи теплообмена с помощью критериальных уравнений. М.: МГТУ «МАМИ», 2011. 41 с.

3. Андреенков А.А., Дементьев А.А. Организация самостоятельной работы с помощью компьютерных технологий при изучении технической дисциплины // Высшее обра-

LITERATURA

1. Andreenkov A.A. КгШсИеэку ^ате1т !ер!оуо] ¡гоуасИ. М.: MGTU «МАМ1», 2011. 32 э.

2. AndreenkovA.А. Reshenie упи1геппе] zadachi 1ер!ооЬтепа э ротоэЬ|ЬГуи кп1епа!'пуЬ| игаупепу. М.: MGTU «МАМ1», 2011. 41 э.

3. Andreenkov A.A., Dement'ev A.A. Organizacijа samos1ojа1e!'noi гаЬо1у э ротоэЬ|ЬГуи котр'уи1егпуЬ| 1еЬто1оду рп izuchenii 1еЬтюЬ|еэкоу discip!iny // Vysshee

зование сегодня. 2014. №12. С. 76-78.

4. Дементьев А.А., Андреенков А.А. Использование информационных технологий для самоконтроля знаний при изучении технической дисциплины // Известия МГТУ «МАМИ». 2014. Т. 5. № 2. С. 135-138.

5. Физические величины: справочник / под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.

obrazovanie segodnjа. 2014. №12. S. 76-78.

4. Dement'ev A.A., Andreenkov A.A. ^ро^оуате тТогтааоппуЬ! 1еЬто!одУ dljа samokon1гo!jа znanij рп izuchenii tehnicheskoj discipliny // Izvestijа MGTU «МАМ1». 2014. T. 5. № 2. S. 135-138.

5. Fizicheskie ve!ichiny: spгavochnik / pod гed. I.S. Gгigoг'eva, E.Z. Mejlihova. М.: Yeneгgoatomizda1, 1991. 1232 s.