8D05303 Техническая физика в КазНУ им. аль-Фараби

Дисциплина направлена на изучение методов исследования процессов распада, дисперсии, испарения и горения капель жидких топлив при высокой турбулентности и определение оптимальных параметров данного процесса. В результате изучения дисциплины докторант будет способен: 1. разработать физико-математическую модель, которая описывает процессы тепломассопереноса при распаде, дисперсии, испарении и горении капель жидких топлив, впрыскиваемых в камеру сгорания при высокой турбулентности; 2. проводить вычислительные эксперименты по влиянию давления, массы, начальной температуры окислителя и скорости впрыскиваемых капель жидкого топлива в камере сгорания на процессы его распыла и дисперсии при высокой турбулентности; 3. проводить вычислительные эксперименты по исследованию аэродинамики многоструйного впрыска и сравнивать полученные результаты с экспериментальными данными; 4. применять методы численного моделирования с использованием дифференциальных уравнений тепломассопереноса с учетом дисперсии и горения жидких топлив при высокой турбулентности и статистической модели распыла жидких капель для определения оптимальных условий технологического процесса; 5. использовать полученные научно-технические результаты при проектировании различных двигателей внутреннего сгорания и инжекторных устройств тепловых объектов специального назначения, которые решают проблемы оптимизации процесса горения, увеличения эффективности сжигания топлива и минимизации выбросов вредных веществ. Краткое содержание дисциплины: Механизм горения и методы распыла жидких топлив. Математическая модель и основные уравнения, описывающие горение жидких топлив. Модели турбулентности, используемые при численных расчетах. Статистическая модель распада, дисперсии и испарения капель при высокой турбулентности. Физическая модель задачи о распыле и дисперсии жидких топлив в камере сгорания при высокой турбулентности. Определение оптимальных параметров процесса горения жидких топлив в камере сгорания. Особенности многоструйного впрыска и его практическая реализация.

Цель дисциплины: формирование углубленных навыков владения методами компьютерных технологий для построений статических и динамических моделей при анализе и обработке результатов рассматриваемых научных, технических, фундаментальных и прикладных задач В результате изучения дисциплины докторант будет способен: 1. выполнять физико-технические научные исследования с использованием стандартных и специально разработанных инструментальных, программных средств и пакетов прикладных программ; 2. проводить анализ модели для оптимизации параметров исследуемого объекта в сфере своей профессиональной деятельности и включать новые функции или изменять режимы моделирования, в том числе и под модифицированную среду. 3. использовать методы моделирования для описания закономерностей технологических процессов и их оптимизации; 4. обосновывать полезность и принятие решения, выбор и описание критериев адекватности, устойчивости, эффективности и идентификации модели объекта при проведении вычислительных экспериментов; 5. применять методы математического анализа и компьютерного моделирования для постановки и решения задач по развитию, внедрению и коммерциализации новых наукоемких технологий. При изучении дисциплины докторанты будут изучать следующие аспекты: Математическая модель. Классификация моделей. Основные этапы математического моделирования. Задачи имитационного моделирования. Построение статических и динамических моделей с использованием современных программных средств. Области применения моделей. Этапы построения моделей. Преимущества и недостатки имитационного моделирования. Эксперименты с физическими моделями. Исследование процессов сжигания энергетического топлива с целью производства энергии и тепла. Математические/численные модели. Математическая модель турбулентного тепломассопереноса. Уравнение непрерывности и закон сохранения импульса. Уравнение энергии. Уравнение для компоненты. Осреднение Рейнольса. Группа к-ε моделей турбулентности. Метод Монте Карло. Дифференциальное приближение.

Дисциплина направлена на изучение основных проблем процессов тепломассопереноса при сжигании твердого, жидкого и газообразного топлив, новых более эффективных и экологически чистых технологий воспламенения, стабилизации и плазменной газификации горения низкосортных углей, мазута и природного газа, а также физико-химических закономерностей плазменной термохимической подготовки твердых топлив к сжиганию в энергетических котлах. В результате изучения дисциплины докторант будет способен: 1. проводить кинетический расчет плазменной термохимической подготовки твердых топлив к сжиганию энергетического угля; 2. определять интегральные показатели процесса плазменной термохимической подготовки угля к сжиганию: степень газификации углерода, равновесный состав газовой и конденсированной фаз продуктов плазменной термохимической подготовки угля к сжиганию; 3. проводить кинетический расчет процессов движения, высокотемпературного нагрева и термохимических превращений пылеугольного топлива в потоке окислителя в цилиндрических каналах с плазменным источником; 4. проводить верификацию трехмерной программы расчетов для ее применения в случае использования ПТС на примере моделирования экспериментальной цилиндрической топки; 5. проводить трехмерный расчет сжигания термохимически подготовленного угля в топках энергетических котлов. Краткое содержание дисциплины: Современное состояние проблемы сжигания и переработки энергетических углей и методы повышения эффективности их использования. Теоретические и экспериментальные методы исследования плазменных процессов воспламенения, термохимической подготовки, сжигания и газификации углей. Математическая модель кинетических исследований плазменной термохимической подготовки углей к сжиганию. Кинетическая схема процесса газификации угля. Трехмерное моделирование горения частично газифицированного твердого топлива в топке котла.

Дисциплина направлена на изучение теории конвективного тепломассопереноса, методов расчета турбулентных неизотермических реагирующих течений, происходящих в областях реальной геометрии; анализ процессов тепломассопереноса при сжигании твердого топлива в промышленных котлах. В результате изучения дисциплины докторант будет способен: 1. выводить основные уравнения, описывающие тепломассоперенос в турбулентных неизотермических реагирующих течениях; 2. применять методы расчета по исследованию теплофизических и термодинамических свойств жидкостей и газов; 3. проводить практические рассчеты различных течений, происходящих при физико-химических превращениях; 4. получать уравнения тепломассопереноса (уравнения Навье-Стокса) с учетом горения и модели турбулентности; 5. рассчитывать влияние режимных параметров на тепломассоперенос в топочной камере. Краткое содержание дисциплины: Трехмерное моделирование процессов конвективного тепломассопереноса. Получение уравнений тепломассопереноса с учетом горения и модели турбулентности. Тепломассоперенос при горении турбулентной газовой струи топлива в канале. Численно-аналитические методы решения задач по определению нестационарных и стационарных температурных полей при различных краевых условиях. Основные уравнения переноса теплоты в движущейся среде. Элементы теории подобия и физического моделирования явлений теплопереноса. Схема Нуссельта и построение уравнений подобия для описания конвективного теплообмена.

Цель изучения дисциплины: формирование знаний о принципах, основных понятиях и законах, а также терминологии, содержании и специфических особенностях организации, и управлении научными исследованиями в технической физике по выбранному направлению подготовки. В результате изучения дисциплины докторант будет способен: 1. анализировать и оценивать современные научные достижения в области теплофизики, криотехнологии, энергетики; 2. владеть методологией теоретических и экспериментальных исследований с учетом особенностей выбранной области; 3. использовать современные информационно-коммуникационные технологии и современные базы данных (Clarivate Analytics, Scopus, РИНЦ и др.); 4. составлять аналитические обзоры по научно-техническим проблемам; 5. генерировать новые идеи при решении исследовательских и практических задач, в том числе в междисциплинарных областях. При изучении дисциплины докторанты будут изучать следующие аспекты: Основные технологии, операции, практические методы и приемы проведения научных исследований на базе современных достижений отечественных и зарубежных ученых в области 3D моделирования тепломассопереноса при горении топлива. Технологии оптимизации энергетических процессов; процессов, происходящих в криогенных установках. Диффузионная неустойчивость. Возобновляемые источники энергии. Обоснование темы научного исследования. Научный поиск, анализ, эксперимент, обработка данных, получение обоснованных эффективных решений с использованием информационных технологий и современных баз данных, таких как Clarivate Analytics, Scopus, РИНЦ и др. Методология и методы научных исследований, а также способы их организации при проведении исследования в области теплофизики, криофизики и энергетики. Цель и задачи исследования, планирование и проведение эксперимента, обработка результатов измерений, сопоставление результатов эксперимента с теоретическими моделями. Выводы научного исследования. Подготовка доклада, статьи по результатам научного исследования, соответствующих всем требованиям журналов, входящих в базы данных Web of science и Scopus.

Назначение дисциплины. Дисциплина направлена на формирование у будущих специалистов навыков управления научно-исследовательской деятельностью за счет развития техники представления полученных фундаментальных и прикладных результатов в соответствующей профильной области посредством научного анализа и современных информационно-коммуникационных технологий в виде различных научно-технических письменных работ в соответствии с требованиями ведущих рецензируемых международных изданий, имеющих ненулевой импакт-фактор, входящих в базы данных Clarivate Analytics (Web of Science Core Collection) и Scopus. При изучении дисциплины будут рассмотрены следующие аспекты: Основы методологии и методики научного труда. Планирование и определение структуры научной статьи. Подготовка и публикация статьи в рецензируемых журналах. Требования редакционной комиссии журнала к публикации по профилю. Определение темы, подбор источников, группировка библиографического списка. Анализ и обобщение литературы по теме. Композиция и вспомогательный научный аппарат публикации. Академизм изложения. Заглавие, ключевые слова, резюме. Обязательность ссылок и сносок на труды предшественников и коллег. Цитирование. Основные правила поведения в устном споре и в письменной полемике. Логика доказательств правоты. Рецензии, отзывы и критические обзоры. Самокритичность, признание совершенных ошибок. Плагиат и борьба с этим негативным явлением. Перечень научных изданий, рекомендуемых для публикации основных результатов научной деятельности. База данных «Scopus». База данных «Web of Knowledge». Использование баз данных для литературного поиска. Показатели эффективности публикаций. Индекс цитируемости авторов (индекс Хирша). Импакт-фактор журналов Journal Citation Reports (JCR) по базе данных Web of Science. SCIMago Journal Rank (SJR) процентиль по базе данных Scopus (CiteScore).

Цель дисциплины: формирование у докторантов теоретических знаний о принципах «чистого» сжигания различных видов топлива, необходимых для решения теоретических и практических задач в их профессиональной деятельности. В результате изучения дисциплины докторант будет способен: 1. пользоваться технической литературой; логически верно, аргументированно и ясно строить устную и письменную речь; самостоятельно принимать решения в рамках своей профессиональной компетенции; 2. использовать информационные технологии, в том числе современные средства компьютерной графики; 3. владеть навыками использования основных законов в профессиональной деятельности; применения методов моделирования, теоретического и экспериментального исследования; 4. владеть навыками анализа научно-технической информации, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования; 5. формировать законченное представление о принятых решениях и полученных результатах в виде отчета с его публикацией и публичной защитой; 6. применять методы графического представления объектов теплоэнергетики, схем и систем. При изучении дисциплины докторанты будут изучать следующие аспекты: Выбор типа и числа горелок, аэродинамическая схема организации сжигания топлива. Тепловые характеристики топок, расчёты зоны активного горения топок, механизированные топки: с пневмомеханическим забрасывателем и решеткой из поворотных колосников, с неподвижной колосниковой решеткой и шурующей планкой, с наклонно-переталкивающими колосниками, с подвижной цепной решеткой. Позонный расчет теплообмена в топке. Исходные данные и цели расчета. Особенности деления топки на зоны. Основные расчетные формулы. Методика расчета. Критерий сходимости расчета.

Дисциплина направлена на изучение аэродинамических и теплофизических характеристик процессов тепломассопереноса, происходящих в областях реальной геометрии (камеры сгорания) при сжигании в них энергетического топлива, и установление основных закономерностей и особенностей формирования аэродинамики течения, скоростных, температурных и концентрационных полей посредством новых численных методов 3-D моделирования, эффективных вычислительных алгоритмов и расчетных моделей. В результате изучения дисциплины докторант будет способен: 1. разработать физико-математическую и геометрическую модели, описывающие процессы тепломассопереноса с химическими превращениями, происходящие при горении пылеугольного топлива в камере сгорания энергетического котла и тестировать на огневой экспериментальной модели; 2. разработать физическую и геометрическую модели камеры сгорания действующих энергетических котлов с тангенциальной подачей пылеугольного топлива, отражающие основные элементы выбранной топочной камеры и реальный технологический процесс сжигания в ней пылеугольного топлива; 3. проводить комплексное исследование процессов турбулентного горения твердого топлива на основе трехмерных уравнений Навье-Стокса и уравнений тепломассопереноса с источниковыми членами при заданных начальных и граничных условиях, отвечающих реальной технологической схеме сжигания угля на ТЭЦ, посредством методов 3D-моделирования; 4. проводить вычислительные эксперименты по изучению влияния нелинейных эффектов теплового излучения, турбулентности, межфазного взаимодействия, многостадийности химических реакций, двухфазности среды на аэродинамику течения и характеристики тепломассопереноса в пылеугольном факеле; 5. определять основные характеристики процесса тепломассопереноса в камере сгорания: поля скоростей, давления, температуры, концентраций продуктов сгорания и вредных веществ, энергию химических реакций, турбулентные параметры течения по всему топочному пространству и на выходе из него и сравнивать полученные результаты c экспериментальными данными. Краткое содержание дисциплины: Основные методы исследования течений с физико-химическими превращениями. Методы математического моделирования процессов тепломассопереноса в высокотемпературных реагирующих течениях. Процесс горения твердого топлива и организация его сжигания в топочной камере. Моделирование турбулентности, двухфазности течения и теплообмена посредством излучения. Химическая модель горения твердого топлива. Методы решения уравнений математической модели, описывающие процесс горения твердого топлива.

Внедрять результаты проводимых научно-исследовательских работ в учебный процесс посредством разработки методического обеспечения профилирующих дисциплин, постановки новых лабораторных и виртуальных компьютерных работ по физике реагирующих систем и численным методам технической физики и иных форм занятий в традиционной и дистанционной форме обучения, отражающие современные подходы к организации специального практикума.

Разрабатывать программы проведения наладочных работ и испытаний на тепломеханическом оборудовании, технические задания на использование специальной оснастки, инструмента и приспособлений, контролировать соблюдение технологического режима высокопроизводительной работы по обеспечению производства тепловой и электрической энергии в соответствии с техническими условиями на основе выполнения требований безопасности производства посредством развитой культуры самоуправления, организации и коммуникации.

Проводить прикладные исследования аэродинамических и теплофизических характеристик процессов тепломассопереноса в реагирующих средах, происходящих в инжекторных системах подачи топлива и теплотехнических объектах, с применением статистической анизотропной модели турбулентности посредством новейших инновационных технологий 3D-компьютерного моделирования с целью оптимизации работы технологического оборудования.

Планировать мероприятия по энергосбережению и повышению энергоэффективности предприятий в условиях инновационной модернизации, сориентированного на достижение стратегических целей развития предприятия.

Осуществлять фундаментальные исследования в областях моделирования процессов конвективного тепломассопереноса в камерах сгорания теплофизических объектов посредством эффективных аналитических методов и численных алгоритмов с применением современных информационно-коммуникационных технологий.

Разрабатывать стратегию завоевания рынка, концепцию управления коммерциализацией, программу и политику стимулирования экспорта в соответствующих секторах экономики, оценивать возможности и условия коммерциализации в сфере технической физики, 3D компьютерного моделирования теплофизических процессов и «зеленой энергетики» на цифровых платформах при переходе предприятий на инновационно-технологический уровень.

Проводить экспериментальные исследования в избранных областях технической физики с использованием экологически и экономически эффективных технологий, характеризующихся высокой производительностью сжигания энергетических топлив, и позволяющих минимизировать выбросы вредных веществ в окружающую среду.

Управлять проектами и ресурсами в области реализации эффективных механизмов поддержки инноваций по совершенствование процессов добычи и переработки угля, учитывающие передовой зарубежный опыт, возможности его адаптации в стране.

Модернизировать устаревшие и усовершенствовать функционирующие тепловые системы с целью решения проблемы экономии энергоресурсов, улучшения экологических показателей технологического объекта и снижения уровня загрязнения и шлакования вследствие принятых рационализаторских предложений при использовании внедренных в производство инновационных энергосберегающих и экологически «чистых» технологий на основе организации качественного сжигания топлива.

Составлять экспертные заключения по реализации предложений по территориальному расположению оборудования технологических объектов и тепловых сетей, методике проведения испытаний и наладки технологического оборудования, подготовке расчетных схем и оперативных энергетических режимов теплофикационного оборудования с целью поддержания оптимальных параметров на теплоисточниках.

Работать в команде, расширяя академические ценности на стыке различных отраслей и проявляя формальные лидерские качества на основе человеческого капитала и эффективных коммуникаций, с целью оценки возможных рисков и результатов при принятии системных решений в соответствии с политикой организации в решении комплексных задач в области технической физики.

Осуществлять технический надзор за контрольно-измерительными, электротехническими и теплотехническими оборудованиями, применяемыми на производственных объектах теплотехнического назначения, корректировать оперативные режимы работы технологических объектов на основе результатов исследований в области технической физики и организационно-технических мероприятий, направленных на снижение затрат на теплотехническое обеспечение.