- •Северо-Западный государственный заочный технический университет
- •1. Информация о дисциплине «теплотехника»
- •1.1. Предисловие
- •1.2. Содержание дисциплины и виды учебной работы
- •1.2.1. Содержание дисциплины по гос
- •190601.65 – Автомобили и автомобильное хозяйство.
- •150501 – Материаловедение в машиностроении.
- •150104 – Литейное производство черных и цветных металлов.
- •1.2.2. Объем дисциплины и виды учебной работы
- •1.2.3. Перечень видов практических занятий и контроля:
- •2. Рабочие учебные материалы
- •2.1. Рабочая программа (136 часов)
- •Раздел 1. Техническая термодинамика (36 часов)
- •Раздел 2. Тепломассообмен (40 часов)
- •Раздел 3. Гидрогазодинамика
- •3.1. Гидростатика. Гидравлика
- •3.2. Газодинамика
- •3.3. Техническая гидрогазодинамика
- •Раздел 4. Топливо и теория горения
- •4.1. Характеристики энергетических топлив
- •4.2. Уравнения сгорания и физико-химические основы горения топлива
- •4.3. Процессы сгорания жидкого, газообразного и твердого топлива
- •5. Промышленная теплоэнергетика (10 часов)
- •5.1. Теплоснабжение населения и предприятий. Экономия энергоресурсов
- •5.2. Снижение энергопотерь и вредных выбросов в окружающую среду
- •2.2. Тематический план дисциплины «теплотехника»
- •2.2.1. Тематический план лекций для студентов заочной формы обучения
- •2.2.2. Тематический план дисциплины «Теплотехника» для студентов очно-заочной формы обучения
- •2.3. Структурно-логическая схема дисциплины «Теплотехника»
- •Раздел 3 Гидрогазо- динамика Раздел 4 Топливо и теория горения Раздел 5 Промышленная теплотехника раздел 2 Тепломассообмен Раздел 1 Техническая термодинамика
- •2.4. Временной график изучения дисциплины «Теплотехника»
- •2.5. Практический блок
- •2.5.1. Практические занятия
- •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 оценки знаний
- •3. Информационные ресурсы дисциплины «теплотехника»
- •3.1. Библиографический список
- •3.2. Опорный конспект введение
- •Раздел 1. Техническая термодинамика
- •Уравнение состояния. Первый закон термодинамики
- •1.1.1. Параметры состояния
- •1.1.2. Функции состояния. Первый закон термодинамики.
- •1.1.3. Теплоемкость газов
- •1.2. Газовые процессы. Второй закон термодинамики
- •1.2.1. Термодинамические процессы
- •1.2.2. Сжатие газа в компрессоре
- •1.2.3. Второй закон термодинамики
- •1.3. Газовые циклы тепловых машин
- •1.3.1. Цикл быстрого сгорания (карбюраторного двс)
- •1.3.2. Цикл медленного сгорания (дизеля)
- •1.3.3. Цикл газотурбинной установки
- •1.4. Реальные газы. Водяной пар
- •1.4.1. Реальные газы
- •1.4.2. Параметры воды и пара
- •1 .4.3. Циклы паротурбинных установок
- •1.4.4. Термодинамика холодильных машин
- •Раздел 2. Тепломассообмен
- •2.1. Теплопроводность
- •Основной закон теплопроводности
- •2.1.2. Дифференциальное уравнение теплопроводности
- •2.1.3. Теплопроводность при стационарном режиме и граничных условиях первого рода
- •2.1.4. Теплопроводность плоской и цилиндрической стенок при стацио-нарном режиме и граничных условиях третьего рода (теплопередача)
- •2.1.5. Регулирование интенсивности теплопередачи
- •2.1.6. Нестационарная теплопроводность
- •2.2. Конвективный теплообмен (теплоотдача)
- •2.2.1. Основные понятия и определения
- •2.2. Гидродинамический и тепловой пограничные слои
- •2.2.3. Основы теории подобия
- •2.2.4. Обобщение опытных данных на основе теории подобия
- •2.2.5. Теплоотдача при свободной конвекции
- •2.2.6. Теплоотдача при вынужденном движении жидкости
- •2.2.7. Теплоотдача при кипении и конденсации
- •2.3. Тепловое излучение
- •2.3.1. Основные понятия и определения
- •2.3.2. Законы теплового излучения
- •2.3.3. Лучистый теплообмен между телами
- •2.3.4. Излучение газов и паров
- •2.3.5. Процессы сложного теплообмена
- •2.4. Тепловой расчет теплообменных аппаратов
- •2.4.1. Типы теплообменных аппаратов
- •2.4.2. Расчетные уравнения рекуперативных аппаратов
- •2.4.3. Тепловой расчет теплообменных аппаратов
- •2.5. Массообмен
- •Раздел 3. Гидрогазодинамика
- •3.1. Гидростатика. Гидравлика
- •3.1.1. Физические свойства жидкостей
- •3.1.3. Давление жидкости на стенки
- •3.1.5. Движение идеальной жидкости
- •3.1.6. Уравнение Бернулли
- •3.1.7. Измерение полного напора. Трубка Пито
- •3.1.8. Истечение жидкости через отверстия и насадки
- •3.1.9. Уравнение количества движения
- •3.1.10. Число Рейнольдса. Потери напора по длине трубы
- •3.1.12. Гидравлический удар в трубах
- •3.2. Газодинамика
- •3.2.1. Адиабатные соотношения. Скорость звука, число Маха.
- •3.2.2. Уравнение энергии. Критическая и максимальная скорости газа
- •3.2.3. Связь скорости газа с сечением потока. Сопло Лаваля
- •3.2.4. Параметры изоэнтропического торможения газа
- •3.2.5. Истечение газа
- •3.3. Техническая гидрогазодинамика
- •3.3.4. Влияние вязкости. Моделирование в гидрогазодинамике
- •3.3.5. Критерии подобия
- •3.3.6. Пограничный слой
- •3.3.7. Отрыв пограничного слоя
- •3.3.8. Крыло в газовом потоке
- •3.3.9. Лопаточная решетка в газовом потоке
- •3.3.10. Распыливание жидкостей
- •3.3.11. Диффузоры
- •3.2.12. Эжекторы
- •Раздел 4. Топливо и теория горения
- •4.1. Характеристики энергетических топлив
- •4.1.1. Состав и характеристики жидкого топлива
- •4.1.2. Твердые и искусственные топлива
- •4.1.3. Условное топливо. Приведенные характеристики топлива
- •4.2. Физико-химические основы теории горения топлива
- •4.2.1. Стехиометрические соотношения. Количество воздуха, необходимое для горения топлива
- •4.2.2. Объем продуктов сгорания. Уравнения полного и неполного сгорания
- •4.2.3. Физико-химические процессы воспламенения и горения топлива
- •4.3. Процессы сгорания жидкого, газообразного и твердого топлива
- •4.3.1. Сжигание жидкого топлива
- •4.3.2. Сжигание газообразного топлива
- •4.3.3. Сжигание твердого топлива
- •Раздел 5. Промышленная теплоэнергетика
- •5.1. Теплоснабжение предприятий и населенных пунктов
- •5.1.1. Системы теплоснабжения
- •5.1.2. Источники теплоснабжения
- •5.1.3. Вторичные энергоресурсы
- •5.1.4. Биотопливо и установки для его сжигания
- •5.2. Энергосбережение и снижение вредных выбросов
- •5.2.1. Энергосберегающие теплообменные установки на тепловых насосах и тепловых трубах
- •5.2.2. Выход вэр и экономия от их использования
- •5.2.3. Токсичные выбросы в окружающую среду
- •5.2.4. Снижение вредных выбросов и сбросной теплоты
- •3.3. Глоссарий (словарь терминов)
- •Библиографический список к лаблраторному практимуму
- •Лабораторная работа 1 определение теплоемкости воздуха при постоянном давлении
- •1. Цель работы
- •2. Основные теоретические положения
- •3. Экспериментальная установка и методика опыта
- •4. Содержание отчета
- •Лабораторная работа 2 определение коэффициента теплопроводности керамического материала методом трубы
- •1. Цель работы
- •2. Основные теоретические положения
- •3. Экспериментальная установка и методика опыта
- •Порядок выполнения работы
- •Форма 2
- •4. Содержание отчета
- •Лабораторная работа 3 теплоотдача горизонтальной и вертикальной труб при свободном движении воздуха
- •1. Цель работы
- •2. Основные теоретические положения
- •3. Экспериментальная установка и методика опыта
- •4. Содержание отчета
- •Лабораторная работа 4
- •1. Цель работы
- •2. Основные теоретические положения
- •3. Зкспериментальная установка и методика опыта
- •4. Порядок выполнения работы
- •5. Содержание отчета
- •Лабораторная работа 5 определение влажности и зольности топлива
- •1. Цель работы
- •2. Определение влажности топлива
- •2.1. Основные теоретические положения
- •2.2. Описание лабораторной установки
- •2.3. Порядок выполнения работы
- •Форма 5а
- •2.4. Содержание отчета
- •3. Определение зольности топлива
- •3.1. Основные теоретические положения
- •Зольность топлива в расчете на сухую массу пересчитывают по формуле %:
- •3.2. Описание лабораторной установки
- •3.3. Порядок выполнения работы
- •3.4. Содержание отчета
- •4. Блок контроля освоения д исциплины
- •Тема 1.1. Уравнение состояния газа. Первый закон термодинамики
- •Тема 1.4. Циклы компрессоров и тепловых двигателей. Циклы холодильных машин (Зад 2,3,4)
- •Тема 2.2 Теплопроводность через стенки
- •Тема 2.3. Теплообмен при конвекции и фазовых превращениях
- •Тема 2.4. Теплообмен излучением. Расчеты теплообменных аппаратов
- •Тема 3.2. Режимы течения газовых потоков
- •Тема 4.2. Уравнение сгорания и физико–химические основы горения топлива.
- •4.2. Тренировочные и контрольные тесты Тренировочные тесты
- •Тренировочные тесты по разделу 1
- •Тренировочные тесты по разделу 2
- •Тренировочные тесты по разделу 3
- •Тренировочные тесты по разделу 4
- •Тренировочные тесты по разделу 5
- •Правильные ответы на тренировочные тесты
- •Контрольные тесты по разделу 2
- •Контрольные тесты по разделу 3
- •Контрольные тесты по разделу 4
- •Контрольные тесты по разделу 5
- •Оглавление
- •Павлов Евгений Павлович
- •191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, д.5
2.4. Тепловой расчет теплообменных аппаратов
Типы теплообменных аппаратов. Расчетные уравнения рекуперативных аппаратов. Конструкторский и поверочный расчеты теплообменных аппаратов. Массообмен.
По теме предусмотрена одна лабораторная работа и задачи контрольной работы. После изучения теоретического материала следует ответить на вопросы для самопроверки. Более подробная информация по теме – в источниках [1], [3].
2.4.1. Типы теплообменных аппаратов
В теплообменных аппаратах осуществляется передача теплоты от одного теплоносителя к другому в процессе теплопередачи. Теплообменный аппарат (теплообменник) - это устройство, предназначенное для нагревания или охлаж-дения теплоносителя (жидкости, газа, пара и др.). Исключение составляют теплообменники с внутренним тепловыделением, в которых теплота выделяется в самом аппарате и используется для нагревания теплоносителя (электронагре-ватели и реакторы). Существует три типа теплообменных устройств: рекупера-торы, регенераторы, смесительные аппараты.
1) В рекуператорах греющая и нагреваемые среды (теплоносители) разде-лены теплообменной поверхностью (стенкой). Эта стенка по отношению к грею-щей среде является поверхностью охлаждения, а по отношению к нагреваемой среде - поверхностью нагрева. Для уменьшения термического сопротивления стенка выполняется из высокотеплопроводного материала: меди, латуни, сплавов алюминия и др. Наиболее распространены трубчатые теплообменники, в которых один теплоноситель движется в трубах, а другой - в межтрубном пространстве. Примером рекуперативных аппаратов являются котельные установки, парогене-раторы, подогреватели, конденсаторы и др.
В зависимости от взаимного направления потоков горячего и холодного теплоносителей в рекуперативных аппаратах различают три основных схемы движения жидкости: прямоток, противоток и перекрестный ток. В первом случае оба теплоносителя движутся параллельно в одном направлении, во втором - параллельно, но в противоположных направлениях. При перекрестном токе один теплоноситель движется в направлении, перпендикулярном другому. Исполь-зуются также схемы, являющиеся различными комбинациями прямотока, проти-вотока и перекрестного тока.
2) В регенераторах поверхность теплообмена попеременно омывается обоими теплоносителями. Теплота в цикле нагревания аккумулируется в массе регенератора (насадке) за счет теплоотдачи горячего теплоносителя. В последу-ющем цикле охлаждения насадки теплота отдается холодному теплоносителю. Регенераторы могут быть неподвижными и подвижными. В качестве насадки регенераторов используется твердый достаточно массивный материал - металл, щебень, кирпичи. Регенераторы широко используются для высокотемперату-рного подогрева газов. Насадка огнеупорных кирпичей может работать при очень высоких температурах. Примером таких аппаратов являются регенераторы доменных и сталеплавильных печей, воздухонагреватели доменных печей и др.
3) В смесительных аппаратах горячий и холодный теплоносители вступают в непосредственный контакт. Так происходит, например, при конденсации пара на струях жидкости или при барботаже (продувке пара через некоторый объем воды) для поддержания заданных температур в системе горячего водоснабжения. В системах отопления смешивают воду, идущую из котельной или ТЭЦ с температурой до 150С с водой, возвращающейся от потребителя, температура которой ниже 70оС. Смесительные теплообменники используются также для передачи теплоты в легко разделяющихся теплоносителях: газ-жидкость, газ-дисперсный твердый материал, вода-масло и др. Для увеличения поверхности контакта теплоносителей их тщательно перемешивают, жидкости разбрызгивают или разбивают на мелкие струи. Примером таких аппаратов являются градирни, скрубберы, деаэраторы и др.