Математическое моделирование энергетических процессов

Beschreibung: Данная дисциплина рассматривает вопросы математического моделирования в аспекте задач теплоэнергетики: математические модели энергетических процессов, их формы, построения и упрощения; методы и алгоритмы в системах с сосредоточенными параметрами в статических и динамических системах; методы и алгоритмы в системах с рассредоточенными параметрами; решение краевых задач; методы и алгоритмы в геометрических объектах.

Betrag der Credits: 5

Пререквизиты:

• Теоретические основы теплотехники

Arbeitsintensität der Disziplin:

Unterrichtsarten	Uhr
Vorträge	15
Praktische Arbeiten	30
Laborarbeiten
AASAL (Autonomes Arbeiten der Schüler unter Anleitung des Lehrers)	75
SE (Studentisches Eigenarbeiten)	30
Endkontrollformular	экзамен
Form der Endkontrolle	Письменный экзамен

Komponente: Компонент по выбору

Zyklus: Базовые дисциплины

Цель

• формирование у обучающихся теоретических знаний и практических навыков применения методов математического моделирования для анализа, построения и решения задач теплоэнергетики в статических и динамических системах с сосредоточенными и рассредоточенными параметрами.

Задача

• Подготовить обучающихся к восприятию теоретических вопросов в специальных курсах и сознательному применению при решении прикладных задач методов и приёмов, приводящих наиболее быстро к достоверным результатам. Обучающиеся должны иметь представление о ряде основных задач, решаемых в области теплоэнергетики: расчеты нормальных режимов работы теплотехнического оборудования, исследование устойчивости его функционирования, оптимизация режимов по критерию энергоэффективности.

Результат обучения: знание и понимание

• Демонстрировать знание основных математических уравнений для решения энергетических задач, уметь проводить расчеты для получения результатов

Результат обучения: применение знаний и пониманий

• Обладать навыками постановки математических задач энергетических процессов, применять методы программирования для решения поставленных задач, анализировать результаты в соответствии с граничными и начальными условиями.

Результат обучения: формирование суждений

• обосновывать математическое решение и моделировать технологические процессы энергетики для решения производственных, практических и лабораторных проблем.

Результат обучения: коммуникативные способности

• Быть способным анализировать режимы работы теплотехнического оборудования на основе математических методов, исследовать устойчивость его функционирования, обрабатывать полученные результаты и анализировать режимы работы энергетических процессов в команде.

Результат обучения: навыки обучения или способности к учебе

• Владеть навыками определения целесообразности исследований и обработки полученных результатов, использовать современные вычислительные средства при проведении исследований на основе математического и компьютерного моделирования энергетических процессов.

Lehrmethoden

В условиях кредитной технологии обучения занятия должны проводиться преимущественно в активных и творческих формах. В числе эффективных педагогических методик и технологий, способствующих вовлечению обучающихся в поиск и управление знаниями, приобретению опыта самостоятельного решения задач, следует выделить: - технология проблемно- и проектно-ориентированного обучения; - технологии учебно-исследовательской деятельности; - коммуникативные технологии (дискуссия, пресс-конференция, мозговой штурм, учебные дебаты и другие активные формы и методы); - метод кейсов (анализ ситуации); - игровые технологии, в рамках которых обучающиеся участвуют в деловых, ролевых, имитационных играх; - информационно-коммуникационные (в том числе дистанционные образовательные) технологии.

Bewertung des Wissens der Studierenden

Period	Art der Aufgabe	Gesamt
1  Bewertung	Методы интерполяции и аппроксимации функции одной переменной	0-100
	Симплекс метод. Алгоритм (последовательность решения задачи)
	Рубежный контроль
2  Bewertung	Численные методы поиска условного экстремума функции нескольких переменных.	0-100
	Нелинейное программирование. Оптимизация функции одной переменной
	Рубежный контроль
Endkontrolle	экзамен	0-100

Die Bewertungspolitik der Lernergebnisse nach Arbeitstyp

Art der Aufgabe	90-100	70-89	50-69	0-49
	Exzellent	Gut	Befriedigend	Ungenügend
Оценивание результатов обучения направлено на комплексную проверку знаний. Основные принципы политики: Рубежный контроль: 1. Проводится в середине учебного периода и включает тестирование по теоретическим основам, выполнение практических заданий или мини-проектов. 2. Цель рубежного контроля — оценить текущий уровень усвоения материала, выявить пробелы и скорректировать дальнейшее обучение. 3. Рубежный контроль оценивается по балльной системе и составляет определённый процент итоговой оценки (60%). Итоговая оценка: 1.Формируется на основе результатов рубежного контроля, выполнения практических и лабораторных работ, проектных заданий и итогового экзамена или защиты проекта. 2.Итоговая оценка отражает уровень освоения как теоретических знаний, так и практических навыков применения технологий солнечной энергетики. 3. Итоговый экзамен или защита проекта проверяет умение обучающихся анализировать данные, разрабатывать рекомендации и применять полученные знания к реальным задачам.	Дан полный, развернутый ответ на поставленный вопрос, показана совокупность осознанных знаний об объекте, доказательно раскрыты основные положения темы; в ответе прослеживается четкая структура, логическая последовательность, отражающая сущность раскрываемых понятий, теорий, явлений. Знание об объекте демонстрируется на фоне понимания его в системе данной науки и междисциплинарных связей. Ответ изложен литературным языком в терминах науки. Могут быть допущены недочеты в определении понятий, исправленные обучающимся самостоятельно в процессе ответа.	Дан полный, но недостаточно последовательный ответ на поставленный вопрос, но при этом показано умение выделить существенные и несущественные признаки и причинно-следственные связи. Ответ логичен и изложен С+ 70-74 в терминах науки. Могут быть допущены 1-2 ошибки в определении основных понятий, которые обучающийся затрудняется исправить самостоятельно	Дан неполный ответ, представляющий собой разрозненные знания по теме вопроса с существенными ошибками в определениях. Присутствуют фрагментарность, нелогичность изложения. Обучающийся не осознает связь данного понятия, теории, явления с другими объектами дисциплины. Отсутствуют выводы, конкретизация и доказательность изложения. Речь неграмотная. Дополнительные и уточняющие вопросы преподавателя не приводят к коррекции ответа студента не только на поставленный вопрос, но и на другие вопросы дисциплин	Не получены ответы по базовым вопросам дисциплины

Bewertungsbogen

Итоговая оценка знаний обучающего по дисциплине осуществляется по 100 балльной системе и включает:

• 40% результата, полученного на экзамене;
• 60% результатов текущей успеваемости.

Формула подсчета итоговой оценки:

И= 0,6	Р1+Р2	+0,4Э
	2

 

где, Р₁, Р₂ – цифровые эквиваленты оценок первого, второго рейтингов соответственно; Э – цифровой эквивалент оценки на экзамене.

Итоговая буквенная оценка и ее цифровой эквивалент в баллах:

Буквенная система оценки учебных достижений обучающихся, соответствующая цифровому эквиваленту по четырехбалльной системе:

Оценка по буквенной системе	Цифровой эквивалент	Баллы (%-ное содержание)	Оценка по традиционной системе
A	4.0	95-100	Отлично
A-	3.67	90-94
B+	3.33	85-89	Хорошо
B	3.0	80-84
B-	2.67	75-79
C+	2.33	70-74
C	2.0	65-69	Удовлетворительно
C-	1.67	60-64
D+	1.33	55-59
D	1.0	50-54
FX	0.5	25-49	Неудовлетворительно
F	0	0-24

Темы лекционных занятий

• Введение. Предмет и задачи курса. Место и значение курса в системе подготовки специалистов в области теплоэнергетики.
• Приближение функций. Способы задания функции одной и нескольких переменных. Постановка задачи интерполяции функций одной переменной. Линейная интерполяция. Квадратичная интерполяция. Примеры применения интерполяции функций в задачах энергетики.
• Аппроксимация функций одной переменной. Метод наименьших квадратов. Нахождение приближающей функции в виде основных элементарных функций. Примеры применения аппроксимации функций в задачах энергетики.
• Элементы теории вероятностей и математической статистики. Элементы теории вероятностей и математической статистики в электроэнергетической системе с возобновляемыми источниками энергии. Понятие случайной величины. Простой и статистический ряд. Числовые характеристики статистического распределения. Законы распределения случайной величины.
• Системы. Классификация систем. Сложная система и ее основные признаки. Типичный пример сложной системы на примере энергетической установки.
• Управление. Объект управления. Методы моделирования непрерывных и дискретных объектов управления. Принятие управленческих решений и их оптимизация.
• Оптимизационные задачи. Постановка задачи оптимизации. Классификация задач оптимизации. Математическое программирование. Классификация задач математического программирования.
• Линейное программирование. Постановка задачи. Геометрическая интерпретация. Симплекс-метод. Транспортная задача. Примеры решения задач линейного программирования в энергетике.
• Нелинейное программирование. Постановка задачи. Критерии сходимости итерационного процесса. Классификация методов. Численные методы поиска решения функции одной переменной «0» порядка: метод равномерного распределения точек по отрезку, метод трех точек, метод золотого сечения, метод Фибоначчи, адаптивный метод, метод квадратичной аппроксимации с примером расчета. Численные методы поиска решения функции одной переменной первого порядка: метод дихотомии, метод хорд, метод секущих, метод касательных, метод Ньютона.
• Аналитические методы поиска условного и безусловного экстремума функции нескольких переменных. Примеры решения задач с учетом и без учета граничных условий.
• Численные методы поиска условного экстремума функции нескольких переменных.
• Численные методы нахождения условного экстремума функции многих переменных.

Основная литература

• Гордиевский И.Г. Критериальный анализ некоторых технико- экономических задач энергетики. - М.: Высшая школа, 2020.
• Волков Л.Т. Математические задачи энергетики. Типовые задачи: Учеб.пос. / -М.: Энергия, 2019.
• Автоматизация производственных процессов в машиностроении : учебник / В.В. Глебов [и др.].. — Москва : Ай Пи Ар Медиа, 2026. — 267 c. — ISBN 978-5-4497-4833-1.
• Логинов, В.С. Примеры и задачи по тепломассообмену: Учебное пособие / В.С. Логинов, А.В. Крайнов, В.Е. Юхнов и др. - СПб.: Лань, 2019. - 256 c.

Дополнительная литература

• Уравнения в частных производных для инженеров: Перевод с английского. Шарма Дж.Н., Сингх К. - Изд.: «Техносфера», 2018.
• Рунова, Е.М. Примеры и задачи по тепломассообмену: Учебное пособие / Е.М. Рунова, С.А. Чжан и др. - СПб.: Лань, 2011. - 256 c.
• Пашков, Л. Т. Математические модели процессов в паровых котлах / Л. Т. Пашков. — Москва, Ижевск : Институт компьютерных исследований, 2019. — 208 c. — ISBN 978-5-4344-0716-8. https://www.iprbookshop.ru