4625

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

М.А. Патова

ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к лекциям и практическим занятиям (включая рекомендации по организации самостоятельной работы)

для обучающихся по научной специальности 2.1.3 Теплоснабжение, вентиляция,

кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

Нижний Новгород

2022

2

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

М.А. Патова

ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к лекциям и практическим занятиям (включая рекомендации по организации самостоятельной работы)

для обучающихся по научной специальности 2.1.3 Теплоснабжение, вентиляция,

кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

Нижний Новгород ННГАСУ

2022

3

УДК 536.001.5

Патова М.А. Планирование экспериментальных исследований / М.А. Патова; Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. – Нижний Новгород: ННГАСУ, 2022. – 19 с. – Текст: электронный.

В настоящем учебно-методическом пособии по дисциплине «Планирование экспериментальных исследований» даются конкретные рекомендации учащимся для освоения как основного, так и дополнительного материала дисциплины и тем самым способствующие достижению целей, обозначенных в учебной программе дисциплины. Цель учебно-методического пособия — это помощь в усвоении лекций, в подготовке к практическим занятиям.

Учебно-методическое пособие предназначено для обучающихся в ННГАСУ по научной специальности 2.1.3 Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

© М.А. Патова, 2022

© ННГАСУ, 2022

4

Содержание

5

1. Общие положения

1.1 Цели изучения дисциплины и результаты обучения

Целями освоения учебной дисциплины «Планирование экспериментальных исследований» являются: является изучение основ математических методов планирования эксперимента и применение этих методов при исследовании различных процессов.

Применение методов планирования эксперимента позволяет: осуществить математическую обработку результатов измерений; системно изучать механизм сложных процессов с получением адекватных математических моделей; оптимизировать технологические и конструктивные параметры процессов и аппаратов.

В результате освоения дисциплины студент должен

Знать:

-методы проектирования и осуществления комплексных исследований, в том числе междисциплинарных, на основе целостного системного научного мировоззрения с использованием знаний в области истории и философии науки;

-основные методы проведения теоретических и экспериментальных исследований;

-основные направления, проблемы, теории и методы изучения области исследования проблем теплоснабжения, вентиляции, кондиционирования воздуха,

газоснабжения и освещения;

-основополагающие законы тепло- и массопереноса, устройства приборов и оборудования для экспериментальных исследований теплофизических и аэродинамических процессов;

-динамику нестационарных процессов генерации и трансформации теплоты и холода в системах теплогазоснабжения и вентиляции;

-методы анализа расчета и технологии создания систем обеспечения параметров микроклимата;

-существующие методы расчета и экспериментального определения и обоснования исходных данных по разработке энергоэффективных экологически безопасных производственных процессов и агрегатов;

-цели, задачи и практические результаты энергоаудита, как научно-

административного вида экономии энергетических ресурсов в строительстве;

- основополагающие принципы нормирования, сертификации объектов систем обеспечения жизнедеятельности, формулировать цели и задачи научных исследований по повышению эффективности проектируемых перспективных объектов строительства;

6

Уметь:

-проектировать и осуществлять комплексные исследования, в том числе междисциплинарных, на основе целостного системного научного мировоззрения с использованием знаний в области истории и философии науки;

-планировать проведение теоретических и экспериментальных исследований;

-грамотно и аргументированно излагать свои мысли; анализировать и интерпретировать полученную информацию пользоваться приборами и оборудованием при проведении экспериментальных и натурных исследований;

-использовать типовые компьютерные программы для расчета и анализа нестационарных процессов генерации теплоты и холода;

-организовывать новые научно-исследовательские и практические решения по изучению и разработке технологических режимов систем параметров микроклимата;

-выявлять новые направления снижения расхода энергии путем утилизации и повторного использования высокопотенциальной и низкопотенциальной энергии в технологических процессах и разрабатываемых агрегатах;

-выявлять, обосновывать и рассчитывать составляющие энергоаудита;

-формулировать научные и практические выводы по результатам научных исследований для нормирования полученных практических результатов;

Владеть:

-методами проектирования и осуществления комплексных исследований, в том числе междисциплинарных, на основе целостного системного научного мировоззрения с использованием знаний в области истории и философии науки;

-навыками организации, проведения и обработки результатов исследований;

-понятийным аппаратом в области исследования теплоснабжения, вентиляции,

кондиционирования воздуха, газоснабжения и освещения;

-методологией обработки экспериментальных и натурных исследований и сравнением их с теоретическими данными;

-методологией разработки новых программ для конкретных изучаемых нестационарных процессов тепло- и массообмена;

-навыками анализа и технико-экономического обоснования по совершенствованию технологических процессов систем теплогазоснабжения и вентиляции;

7

-методами эффективного использования искусственно генерируемой энергии и максимального использования нетрадиционных источников энергии;

-навыками по методам экономии энергии в строительной отрасли, планировать перспективные пути сокращения удельного потребления энергии по результатам энергоаудита;

-методологией получения новых (в т.ч. нетрадиционных) результатов и их технико-экономического обоснования.

1.2 Содержание дисциплины

Материал дисциплины сгруппирован по следующим разделам:

Математическая обработка результатов измерений

Основные вопросы математической обработки результатов измерений.

Приближенные числа и величины. Округление приближенных чисел. Ошибки приближенных величин. Знак ошибок приближенных величин. Классификация приближенных величин. Случайные и систематические ошибки. Верные знаки в приближенных числах. Запись приближенных величин. Предельная относительная ошибка. Число верных знаков приближенных чисел в зависимости от величины их относительной ошибки.

Основные действия с приближенными числами.

Малые величины различных порядков. Формулы для приближенных вычислений.

Ошибка суммы приближенных чисел. Умножение приближенных величин. Деление приближенных величин. Возведение в степень приближенных чисел и извлечение из них корня. Общие правила вычислительного процесса с приближенными числами.

Ошибки функции. Общая теория ошибок

Основные задачи теории ошибок. Ошибка функции одной независимой переменной. Ошибка функций двух независимых переменных. Ошибка функций нескольких независимых переменных. Определение ошибок аргументов. Обратная задача теории ошибок. Определение оптимальных условий измерений.

Закон нормального распределения случайных величин

Случайные явления и их общая классификация.

Математическое определение вероятности. Теорема сложения и умножения вероятности. Общие закономерности случайных ошибок. Основная формула теории случайных ошибок. Интеграл вероятностей и его вычисление. Закон распределения

8

случайных величин. Показатели точности измерений.

Планирование эксперимента

Задачи планирования эксперимента. Критерии проверки однородности дисперсий.

Регрессионный анализ многофакторной модели. Полный факторный эксперимент.

Пример планирования эксперимента при получении модели процесса. Планирование эксперимента при обезвреживании городских сточных вод.

9

2. Методические указания по подготовке к лекциям

2.1 Общие рекомендации по работе на лекциях

Лекция является главным звеном дидактического цикла обучения. Ее цель — формирование основы для последующего усвоения учебного материала. В ходе лекции преподаватель в устной форме, а также с помощью презентаций передает обучаемым знания по основным, фундаментальным вопросам изучаемой дисциплины.

Назначение лекции состоит в том, чтобы доходчиво изложить основные положения изучаемой дисциплины, ориентировать на наиболее важные вопросы учебной дисциплины и оказать помощь в овладении необходимых знаний и применения их на практике.

Личное общение на лекции преподавателя со студентами предоставляет большие возможности для реализации образовательных и воспитательных целей.

При подготовке к лекционным занятиям студенты должны ознакомиться с презентаций, предлагаемой преподавателем, отметить непонятные термины и положения,

подготовить вопросы с целью уточнения правильности понимания. Рекомендуется приходить на лекцию подготовленным, так как в этом случае лекция может быть проведена в интерактивном режиме, что способствует повышению эффективности лекционных занятий.

2.2 Общие рекомендации при работе с конспектом лекций

В ходе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного

материала. Конспект помогает внимательно слушать, лучше запоминать в процессе осмысленного записывания, обеспечивает наличие опорных материалов при подготовке к практическим занятиям и текущему контролю.

Полезно оставить в рабочих конспектах поля, на которых делать пометки из рекомендованной литературы, дополняющие материал прослушанной лекции, а также

подчеркивающие особую важность тех или иных теоретических положений.

научно-исследовательская работа; НИР: Комплекс теоретических и (или)

экспериментальных исследований, проводимых по техническому заданию на НИР, с

целью получения обоснованных исходных данных, изыскания принципов и путей

10

создания (модернизации) продукции.

техническое задание на научно-исследовательскую работу; ТЗ на НИР: Исходный технический документ, устанавливающий требования к содержанию, объемам и срокам выполнения этой работы.

исполнитель НИР: Юридическое или физическое лицо, по договору с которым выполняется НИР.

отчетная научно-техническая документация; ОНТД: Комплект документов,

отражающих объективную информацию о содержании и результатах НИР (этапов НИР), а

также содержащих рекомендации по ее использованию.

этап НИР: Часть НИР, характеризующаяся определенным требуемым результатом,

являющаяся объектом планирования и финансирования.

экспериментальный образец: Изделие, обладающее основными признаками намечаемой к разработке продукции, изготовленное для проверки и обоснования основных технических решений, параметров и характеристик продукции

программа испытаний: Документ, предназначенный для организации и выполнения работ, обеспечивающих проведение испытаний конкретного объекта.

Планирование экспериментальных исследований является важным этапом выполнения научно-исследовательских работ.

Прикладные научно-исследовательские работы следует, как правило, проводить по нижеприведенным этапам. «ГОСТ Р 15.101-2021. Национальный стандарт Российской Федерации. Система разработки и постановки продукции на производстве».

Типовые этапы выполнения прикладных научно-исследовательских работ

Выбор направления исследований

На этом этапе проводят:

-общее ознакомление с проблемой, по которой следует выполнить исследование;

-ознакомление с литературой и классификация наиболее актуальных направлений;

-формулирование гипотезы, описывающей ожидаемые результаты;

-предварительную оценку ожидаемых результатов.

Формулировка цели и задач исследования

На этом этапе проводят: