Федеральное агентство морского и речного транспорта

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Волжская государственная академия водного транспорта

Кафедра эксплуатации судовых энергетических установок

Теплотехника

Методические указания

к самостоятельному изучению курса, решению задач

и контрольные задания для студентов заочного обучения

по дисциплине «Эксплуатация судовых

энергетических установок» специальности 180403

Составители: Н.А. Люсов, А.А. Батялов, Ю.В. Варечкин

Нижний Новгород

Издательство ФГОУ ВПО «ВГАВТ»

2008

УДК 621.1.016.7

Л95

Люсов, Н.А.

Теплотехника : метод. указания к самост. изуч. курса, решению задач и контр. заданий для студ. оч. и заоч. обуч. специальности 180403 «Эксплуатация судовых энергетических установок» / сост.: Н.А. Люсов, А.А. Батялов, Ю.В. Варечкин. – Н. Новгород : Изд-во ФГОУ ВПО «ВГАВТ», 2008. – 56 с.

Рассмотрены основы термодинамики и теплопередачи как теоретическая база для изучения рабочих процессов теплоэнергетических установок.

Работа рекомендована к изданию кафедрой эксплуатации судовых энергетических установок (протокол № 2 от 24.09.2007 г.).

© ФГОУ ВПО «ВГАВТ», 2008

Задания на контрольную работу

Студент выбирает вариант контрольной работы по номеру группы и по последней цифре своего шифра. Номер группы устанавливается по начальной букве фамилии студента:

А, Д, И, Н, С, Х, Щ 1 группа;

Б, Е, К, О, Т, Ц, Э 2 группа;

В, Ж, Л, П, У, Ч, Ю 3 группа;

Г, З, М, Р, Ф, Ш, Я 4 группа.

Общие требования

Каждая контрольная работа выполняется в отдельной ученической тетради четко и аккуратно. Исходные данные в обязательном порядке следует выписывать в тетрадь. Для замечаний рецензента должны быть оставлены поля. Расчеты производятся только в единицах международной системы (СИ). Все расчетные формулы должны сопровождаться краткими пояснениями, расшифровкой входящих в них величин и ссылками на литературный источник, из которого заимствованы формулы. Необходимо обосновывать значения параметров, которые не рассчитываются, а принимаются постоянными. Список литературы, помещаемый в конце работы, графики и таблицы выполняются в соответствии с действующими стандартами на оформление текстовой документации. При выполнении графиков координатные оси размечаются равномерно с указанием обозначений параметров и их размерностей.

Исправления контрольной работы по замечаниям рецензента следует выполнять на свободных или дополнительно вклеенных в тетрадь листах. Замечания рецензента не стираются.

1. Техническая термодинамика

1.1. Вопросы для самоконтроля

1. Понятие об идеальном газе. Законы идеального газа.

2. Уравнение состояния идеального газа.

3. Параметры состояния идеального газа.

4. Определение газовой смеси. Закон Дальтона. Парциальное давление и парциальный объем идеального газа.

5. Способы задания состава газовой смеси. Кажущаяся молярная масса, газовая постоянная и плотность газовой смеси.

6. Реальный газ. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Его отличие от уравнения Клапейрона.

7. Принцип эквивалентности и формулировки первого закона термодинамики.

8. Работа изменения объема и техническая работа. Изображение их на pv -диаграмме.

9. Теплота. Тs-диаграмма.

10. С помощью pv - и Тs-диаграмм объяснить, почему работа и теплота не являются полными дифференциалами.

11. Понятие о внутренней энергии идеального и реального газов.

12. Работа в открытой системе (случай энергетического оборудования).

13. Энтальпия идеального газа и ее физический смысл.

14. Определение теплоемкости. Виды теплоемкости, их обозначения и размерности.

15. Нелинейная и линейная зависимости теплоемкости от температуры. Уравнения для расчета средних теплоемкостей.

16. Уравнения Майера и его физический смысл.

17. Уравнения первого закона термодинамики для закрытой и открытой систем.

18. Понятие о политропном процессе и вывод его уравнения. Соотношение параметров в политропном процессе. Уравнение для политропной теплоемкости.

19. Изохорный процесс изменения состояния идеального газа.

20. Изобарный процесс изменения состояния идеального газа.

21. Изотермический процесс изменения состояния идеального газа.

22. Адиабатный процесс изменения состояния идеального газа.

23. Вывести уравнения для работы в закрытой и открытой системах в адиабатном процессе и показать связь между ними.

24. Обобщающее значение политропного процесса. Графическая зависимость политропной теплоемкости от показателя политропы и ее анализ.

25. Группы политропных процессов. Их особенности. Область значений политропных теплоемкостей для групп политропных процессов.

26. Смешение газов. Давление, температура и изменение энтропии газа после смешения.

27. Понятие о качестве энергии. Группы видов энергии. Эксергия и анергия.

28. Понятие об обратимых и необратимых процессах.

29. Формулировки второго закона термодинамики.

30. Понятие о прямых и обратных циклах. Их особенности. Термический к.п.д. и холодильный коэффициент.

31. Вывод уравнения термического к.п.д. прямого обратимого цикла Карно и его анализ.

32. Обратный обратимый цикл Карно. Вывод формулы холодильного коэффициента.

33. Аналитическое выражение второго закона термодинамики для обратимых и необратимых циклов.

34. Закон возрастания энтропии.

35. Эксергетическая потеря в адиабатной системе и физический смысл энтропии.

36. Реальная работа в тепловых двигателях. Эксергетический к.п.д.

37. Суть процесса испарения. Насыщенный пар. Явление кипения жидкости. Перегрев жидкости.

38. Процесс парообразования и изображение его на pv-, Ts- и hs-диаграмме.

39. Определение степени сухости пара. По каким формулам определяются параметры v_x, u_x, h_x и s_x влажного пара?

40. Изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный процессы изменения состояния водяного пара и изображение их на pv-, Ts- и hs-диаграмме.

41. Понятие о процессе дросселирования. Дросселирование идеального газа.

42. Особенности дросселирования реальных газов и паров. Изображение процесса дросселирования водяного пара на hs-диаграмме.

43. Основные уравнения, применяемые для описания истечения упругой жидкости. Критерий режимов течения. Критическая скорость и ее физический смысл.

44. Выбор формы канала сопла и диффузора с использованием диаграммы характеристических кривых.

45. Особенности истечение из суживающегося сопла и сопла Лаваля.

46. Рабочий процесс идеальных турбины и компрессора.

47. Принципы идеализации циклов тепловых двигателей и холодильных установок.

48. Схема и цикл Карно для пароэнергетических установок. Недостатки данного цикла.

49. Схема и цикл Ренкина для пароэнергетической установки. Вывод формулы термического к.п.д.

50. Схема и цикл ГТУ с изобарным подводом теплоты. Вывод формулы термического к.п.д.

51. Схема и цикл ГТУ с изобарным подводом теплоты и полной регенерацией теплоты. Вывод формулы термического к.п.д.

52. Вывод формулы термического к.п.д. цикла ГТУ с изохорным подводом теплоты. Температурный фактор.

53. На диаграммах pv и Ts изобразить идеальные циклы поршневых ДВС без наддува с изохорным, изобарным и смешенным подводами теплоты с указанием площадей эквивалентных теплоте и работе. В чем заключается преимущество цикла Тринклера в сравнении с циклами Отто и Дизеля?

54. Изображение на диаграммах pv и Ts идеальные циклы комбинированных ДВС с импульсной и изобарной системами ГТН с указанием площадей эквивалентных теплоте и работе. До какого давления конца сжатия в компрессорной части ТК охлаждение рабочего тела не производится?

55. Вывод формулы термического к.п.д. идеального цикла комбинированного ДВС и импульсной системой ГТН.

56. Вывод формулы термического к.п.д. идеального цикла комбинированного ДВС и изобарной системой ГТН.

57. Вывод формулы термического к.п.д. идеального цикла поршневого ДВС без наддува со смешенным подводом теплоты.

58. Вывод формулы термического к.п.д. идеального цикла поршневого ДВС без наддува с изохорным подводом теплоты.

59. Влияние характеристик цикла на величину термического к.п.д. поршневых ДВС без наддува и комбинированных ДВС. Указать диапазон значений характеристик цикла для дизельных и карбюраторных двигателей.

60. Сравнение идеальных циклов поршневых ДВС методом средних термодинамических температур подвода и отвода теплоты.

61. Сравнение идеальных циклов поршневых ДВС без наддува по одинаковым степени сжатия и отведенной теплоте. Недостаток этого метода сравнения.

62. Сравнение идеальных циклов поршневых ДВС без наддува по одинаковым максимальным давлениям и температурам и отведенной теплоте.

63. Сравнение идеальных циклов поршневых ДВС без наддува со смешенным подводом теплоты и комбинированного ДВС с импульсной системой ГТН по одинаковой подведенной теплоте и одинаковым максимальным давлениям и температурам.

64. Сравнение идеальных циклов комбинированных ДВС с импульсной и изобарной системами ГТН по одинаковой подведенной теплоте и одинаковым максимальным давлениям и температурам.

65. Схема и цикл газовой холодильной установки Вывод формулы холодильного коэффициента.

66. Схема и цикл ПКХУ с «влажным ходом» поршня компрессора. На Ts-диаграмме указать площади, эквивалентные подведенной и отведенной теплоте, а также теплоте, преобразуемой в работу цикла.

67. Цикл ПКХУ с «влажным ходом» поршня компрессора. Вывод формулы холодильного коэффициента.

68. Цикл ПКХУ с переохлаждением хладагента. Влияние переохлаждения на величину холодильного коэффициента.

69. Цикл ПКХУ с «сухим ходом» поршня компрессора. Почему в реальных условиях применяют только ПКХУ с «сухим ходом» поршня компрессора?

70. Термодинамические свойства влажного воздуха. Hd-диаграм-ма влажного воздуха.