
- •140101.65 – Тепловые электрические станции
- •140104.65 – Промышленная теплоэнергетика
- •140100.65 – Теплоэнергетика
- •1. Информация о дисциплине «техническая термодинамика»
- •1.1. Предисловие
- •1.2. Содержание дисциплины и виды учебной работы
- •1.2.1. Содержание дисциплины по гос
- •1.2.2. Объем дисциплины и виды учебной работы
- •1.2.3. Перечень видов практических занятий
- •Раздел 1. Основные законы
- •1.2. Первый закон термодинамики
- •1.3. Второй закон термодинамики
- •Раздел 2. Реальные газы. Водяной пар (40 часов)
- •2.1.Свойства и фазовые переходы
- •Реальных газов
- •2.2. Характеристики и процессы водяного пара
- •2.3. Влажный воздух
- •2.4. Термодинамика газового потока. Истечение газов через сопло
- •Раздел 3.Компрессоры.
- •3.2. Циклы двигателей внутреннего сгорания (двс)
- •3.3. Циклы газотурбинных установок (гту)
- •Раздел 4. Циклы паротурбиннных
- •4.2. Циклы пту с промежуточным перегревом и регенеративным отбором пара
- •4.3. Циклы парогазовой и атомной установок
- •Раздел 5. Циклы холодильных и теплонасосных
- •Раздел 6. Элементы химической термодинамики
- •6.2. Уравнение максимальной работы химической рекции
- •Заключение
- •2.2. Тематический план дисциплины
- •2.2.1. Тематический план дисциплины
- •2.2.2. Тематический план дисциплины для студентов заочной формы обучения
- •Техническая термодинамика
- •Раздел 1.
- •Основные законы термодинамики
- •Раздел 2.
- •Реальные
- •Водяной пар
- •Раздел 3.
- •Компрессоры.
- •Циклы тепловых двигателей
- •Раздел 4.
- •Циклы паротурбинных установок
- •Раздел 5.
- •Циклы холодильных и теплонасосных установок
- •Раздел 6.
- •Элементы химической термодинамики
- •2.4. Временной график изучения дисциплины
- •2.5. Практический блок
- •2.5.1. Практические занятия
- •2.5.1.1. Практические занятия (очно – заочная форма обучения)
- •2.5.1.2. Практические занятия (заочная форма обучения)
- •2.5.2. Лабораторный практикум
- •2.5.2.1. Лабораторные работы (очно – заочная форма обучения)
- •2.5.2.2. Лабораторные работы (заочная форма обучения)
- •2.6. Рейтинговая система по дисциплине «Техническая термодинамика»
- •3.Информационные ресурсы дисциплины
- •3.1. Библиографический список
- •3.2. Опорный конспект лекций по дисциплине «техническая термодинамика» Введение
- •Раздел 1. Основные законы термодинамики
- •1.1. Термодинамика идеального газа
- •Основные понятия и определения термодинамики.
- •1.1.1. Законы идеального газа
- •1.1.2. Уравнение состояния
- •Теплоемкость
- •Последнюю формулу еще можно представить в виде
- •Смеси идеальных газов
- •Вопросы для самопроверки
- •1.2. Первый закон термодинамики
- •Обратимые равновесные процессы в идеальных газах
- •Разделив уравнение (б) на уравнение (а), найдем
- •Изопараметрические процессы
- •IV. Адиабатный процесс
- •V. Политропные процессы
- •Вопросы для самопроверки
- •1.3. Второй закон термодинамики
- •1.3.1. Круговые процессы
- •1.3.2. Прямой цикл Карно
- •1.3.3. Обратный цикл Карно
- •1.3.4. Второй закон термодинамики
- •1.3.5. Эксергетический метод исследования
- •1.3.6. Эксергия неподвижного рабочего тела
- •1.3.7. Эксергия потока рабочего тела
- •1.3.8. Эксергия потока теплоты
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 2. Реальные газы. Водяной пар
- •2.1. Свойства и фазовые переходы реальных газов
- •2.1.1. Реальные газы и их свойства
- •Критические параметры некоторых веществ
- •2.1.2. Условия равновесия при фазовом переходе
- •2.1.3. Термические и калорические свойства реальных газов
- •Вопросы для самопроверки
- •2.2. Характеристики и процессы водяного пара
- •2.2.1. Водяной пар и основные процессы водяного пара
- •Испарение - процесс образования пара, происходящий с поверхности жидкости при любой температуре.
- •2.2.2. Изопараметрические процессы изменения состояния водяного пара в pv -, Ts - и hs - диаграммах
- •Вопросы для самопроверки
- •2.3. Влажный воздух
- •2.3.1. Свойства влажного воздуха
- •2.3.2. Теплоёмкость и энтальпия влажного воздуха
- •Вопросы для самопроверки
- •2.4. Термодинамика газового потока. Истечение газов через сопло
- •2.4.1. Термодинамика газового потока
- •Замена переменных приводит уравнение к виду
- •2.4.2. Термодинамика потока в каналах переменного сечения
- •2.4.3. Истечение газов через сужающиеся сопла (конфузоры)
- •Вопросы для самопроверки
- •2.4.4. Истечение газа с учетом трения
- •2.4.5. Истечение водяного пара
- •2.5. Расчет процессов дросселирования
- •2.5.1. Уравнение процесса дросселирования
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 3. Компрессоры. Циклы тепловых двигателей
- •3.1. Виды компрессоров и процессы в компрессоре
- •3.1.1. Назначение и типы компрессоров
- •3.1.2. Многоступенчатое сжатие
- •3.1.3. Мощность привода идеального компрессора и коэффициенты полезного действия (кпд)
- •Вопросы для самопроверки
- •3.2. Циклы двигателей внутреннего сгорания (двс)
- •3.2.1. Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания (двс)
- •Цикл Oтто
- •Цикл Дизеля
- •Цикл Тринклера
- •3.3. Циклы газотурбинных установок (гту)
- •3.3.1. Принципиальная схема и цикл гту с изобарным подводом теплоты
- •3.3.3. Регенерация теплоты в цикле гту. Многоступенчатое сжатие в компрессоре и ступенчатый подвод теплоты
- •Вопросы для самопроверки
- •3.4. Циклы реактивных двигателей
- •И турбореактивного двигателей
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 4. Циклы паротурбинных установок (пту)
- •4.1. Идеальный и действительный циклы пту
- •4.1.1. Идеальный цикл Ренкина
- •4.1.2. Цикл Ренкина на сухом насыщенном и перегретом паре
- •Следовательно, полезная работа цикла Ренкина равна
- •Термический кпд цикла Ренкина
- •Введем понятие относительного эффективного кпд
- •Далее введем относительный электрический кпд
- •Тогда расход пара на турбину можно выразить в виде
- •Тогда кпд всей пту определится произведением
- •Вопросы для самопроверки
- •4.2. Циклы пту с промежуточным перегревом и регенеративным отбором пара
- •Выражение для термического кпд основного (без промежуточного перегрева) цикла Ренкина:
- •Регенеративный цикл паротурбинных установок
- •Вопросы для самопроверки
- •4.3. Циклы парогазовой и атомной установок
- •4.3.1. Циклы парогазовых установок
- •4.3.2. Схема и цикл атомной теплоэнергетической установки
- •Вопросы для самопроверки
- •4.4. Циклы и устройства прямого преобразования теплоты в электроэнергию
- •4.4.1. Циклы установок с магнитогидродинамическим генератором (мгд-генератор)
- •4.4.2. Термодинамические и термоэлектронные преобразователи
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 5. Циклы холодильных и теплонасосных установок
- •5.1. Циклы воздушной и парокомпрессорной холодильных установок
- •5.1.1. Циклы холодильных установок
- •5.1.2. Цикл воздушной холодильной установки
- •5.1.3. Цикл парокомпрессионной холодильной установки
- •5.1.4. Абсорбционная холодильная установка
- •Вопросы для самопроверки
- •5.2. Передача теплоты тепловым насосом и тепловой трубой
- •5.2.1. Тепловой насос
- •5.2.2. Передача теплоты тепловыми трубами
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 6. Элементы химической термодинамики
- •6.1. Законы термодинамики в термохимии
- •6.1.1. Основные понятия химической термодинамики
- •6.1.2. Тепловой эффект химической реакции
- •6.1.3. Зависимость теплоты реакции от температуры
- •6.1.4. Химическое равновесие
- •Основные определения
- •Константа химического равновесия
- •Химические константы I и условные химические константы j
- •6.1.5. Диссоциация
- •Вопросы для самопроверки
- •6.2. Уравнение максимальной работы химической реакции
- •6.2.1. Химическое сродство. Мера химического сродства
- •Вопросы для самопроверки
- •Глоссарий (словарь терминов)
- •Охрана труда и техника безопасности при проведении лабораторных работ
- •3. Экспериментальная установка и методика опыта
- •Обработка результатов опыта
- •4. Содержание отчета
- •3. Экспериментальная установка и методика опыта
- •Обработка результатов опыта
- •4. Содержание отчета
- •3. Экспериментальная установка и методика опыта
- •4. Содержание отчета
- •3. Экспериментальная установка и методика опыта
- •Обработка результатов опыта
- •4. Содержание отчета
- •4. Блок контроля освоения дисциплины
- •4.1. Задания на контрольные работы
- •Контрольная работа 1
- •Контрольная работа 2
- •Контрольная работа 3
- •4.2. Методические указания к выполнению контрольных заданий и практических работ
- •Искомая мощность привода компрессора
- •4.3. Тренировочные и контрольные тесты
- •Вопрос 1. Выберите определение понятия «прямой цикл».
- •Вопрос 2. Как зависит холодильный коэффициент идеальной воздушной холодильной установки от степени повышения давления в компрессоре р2/р1?
- •Вопрос 4. Выберите наиболее полное определение понятия «идеальный газ».
- •4.4. Итоговый контроль. Вопросы для подготовки к экзамену
- •Приложение п.1. Теплофизические свойства сухого воздуха при нормальном атмосферном давлении
- •П.3. Средняя массовая теплоемкость газов при постоянном давлении, [4]
- •П.4. Средняя объемная теплоемкость газов при постоянном давлении,
- •П.5. Относительные молекулярные массы, плотности и объемы киломолей при нормальных условиях, критические температуры и критические давления некоторых газов
- •П.6. Энтальпия 1 м3 газов и влажного воздуха (кДж/м3)
- •П.7. Диаграмма h-s водяного пара
- •П.8. Насыщенный водяной пар (по давлениям)
Контрольная работа 2
Задача 7. Воздух с начальными параметрами: абсолютным давлением р1 и температурой t1, проходит через сопло Лаваля, где его давление падает до р2=120 кПа. Определить скорость истечения воздуха и необходимое время для истечения m, кг, воздуха, если диаметр наименьшего сечения сопла равен d. Данные для расчета выбрать из табл. 8, по двум последним цифрам шифра.
Таблица 8
Последняя цифра шифра |
p1, МПа |
t1,оC |
Предпоследняя цифра шифра |
m, кг |
d, м |
9 |
2,0 |
20 |
9 |
40 |
0,0030 |
8 |
1,8 |
25 |
8 |
50 |
0,0032 |
7 |
1,6 |
30 |
7 |
60 |
0,0034 |
6 |
1,5 |
35 |
6 |
70 |
0,0035 |
5 |
1 ,3 |
27 |
5 |
80 |
0,0036 |
4 |
1,4 |
37 |
4 |
90 |
0,0038 |
3 |
1,7 |
40 |
3 |
100 |
0,0040 |
2 |
1,2 |
17 |
2 |
120 |
0,0042 |
1 |
2,0 |
20 |
1 |
130 |
0,0045 |
0 |
1,0 |
25 |
0 |
140 |
0,0050 |
Задача 8. Определить скорость истечения и секундный расход пара при начальных параметрах: абсолютном давлении p1 и температуре t1, поступающего в среду с абсолютным противодействием р2. Задачу решить для случаев истечения: через сужающееся сопло и сопло Лаваля. Минимальный диаметр сужающегося сопла и диаметр сопла Лаваля в наименьшем сечении равны d. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 9, по двум последним цифрам шифра.
Таблица 9
Последняя цифра шифра |
p1, МПа |
t1, оC |
Предпоследняя цифра шифра |
p2, МПа |
d, м |
9 |
1,4 |
350 |
9 |
400 |
0,0045 |
8 |
1,6 |
360 |
8 |
100 |
0,0055 |
7 |
2,0 |
380 |
7 |
300 |
0,0065 |
6 |
2,5 |
400 |
6 |
200 |
0,0075 |
5 |
3,0 |
420 |
5 |
600 |
0,0030 |
4 |
3,5 |
430 |
4 |
500 |
0,0040 |
3 |
4,0 |
440 |
3 |
400 |
0,0060 |
2 |
4,5 |
450 |
2 |
300 |
0,0050 |
1 |
5,0 |
460 |
1 |
200 |
0,0070 |
0 |
6,0 |
470 |
0 |
100 |
0,0080 |
Задача 9. Расход газа в поршневом одноступенчатом компрессоре составляет V1 при давлении p1=0,1 МПа и температуре t1. При сжатии температура газа повышается на 200 °С. Сжатие происходит по политропе с показателем n. Определить конечное давление, работу сжатия и работу привода компрессора, а также теоретическую мощность привода компрессора. Исходные данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 10, по двум последним цифрам шифра.
Таблица10
Последняя цифра шифра |
V1, м3/с |
t1, оC |
Предпоследняя цифра шифра |
Газ |
n |
9 |
0,35 |
0 |
9 |
Воздух |
1,35 |
8 |
0,40 |
7 |
8 |
СO2 |
1,20 |
7 |
0,50 |
10 |
7 |
O2 |
1,32 |
6 |
0,60 |
12 |
6 |
N2 |
1,33 |
5 |
0,65 |
15 |
5 |
СО |
1,35 |
4 |
0,75 |
17 |
4 |
N2 |
1,34 |
3 |
0,85 |
20 |
3 |
O2 |
1,29 |
2 |
0,90 |
22 |
2 |
СО2 |
1,25 |
1 |
1,00 |
25 |
1 |
CO |
1,28 |
0 |
0,50 |
30 |
0 |
Воздух |
1,32 |
Задача 10. Определить термический КПД цикла двигателя внутреннего сгорания с изобарным подводом теплоты, если количество подведенной теплоты составляет q1, температура рабочего тела (воздуха) в конце сжатия t2, степень сжатия ε. Сжатие и расширение происходит по адиабатам. Как изменится термический КПД цикла, если при том же общем количестве подведенной теплоты q1 часть (%) подвести по изохоре? Цикл изобразить в pv - и Ts - диаграммах. Данные для решения задачи выбрать из табл. 11, по двум последним цифрам шифра.
Таблица 11
Последняя цифра шифра |
q1, кДж/кг |
t2, оC |
Предпоследняя цифра шифра |
ε |
, % |
9 |
1680 |
600 |
9 |
11 |
29 |
8 |
1120 |
450 |
8 |
12 |
25 |
7 |
1200 |
500 |
7 |
13 |
20 |
6 |
1240 |
910 |
6 |
14 |
30 |
5 |
1400 |
1000 |
5 |
15 |
25 |
4 |
1610 |
850 |
4 |
16 |
20 |
3 |
1440 |
1050 |
3 |
14 |
27 |
2 |
1640 |
900 |
2 |
12 |
24 |
1 |
1360 |
920 |
1 |
16 |
28 |
0 |
1160 |
1000 |
0 |
15 |
30 |
Задача 11. Для теоретического цикла ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении определить параметры рабочего тела (воздуха) в характерных точках цикла, подведенное и отведенное количество теплоты, работу цикла и термический КПД, если начальное давление p1=0,1 МПа, начальная температура t1=27°С, степень повышения давления в компрессоре λ, температура газа перед турбиной t3. Изобразить цикл в pv - и Ts - диаграммах. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 12, по двум последним цифрам шифра.
Таблица 12
Последняя цифра шифра |
|
Предпоследняя цифра шифра |
t3, оC |
9 |
6,0 |
9 |
700 |
8 |
6,5 |
8 |
725 |
7 |
7,0 |
7 |
750 |
6 |
7,5 |
6 |
775 |
5 |
8,0 |
5 |
700 |
4 |
8,5 |
4 |
725 |
3 |
9,0 |
3 |
750 |
2 |
9,5 |
2 |
775 |
1 |
10,0 |
1 |
800 |
0 |
11,0 |
0 |
825 |