- •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
3.3. Глоссарий (словарь терминов)
Абсолютно черное тело при любой температуре полностью поглощает все падающее на него излучение.
Бернулли уравнение – уравнение, выражающее закон сохранения энергии в текущей жидкости.
Биотопливо – горючее из сырья органического происхождения (древесина, спирты, растительное масло и пр.)
Вентури расходомер – 2,устройство для измерения расхода жидкости.
Волна разрежения – плавное понижение давления при увеличении скорости в газовом потоке
Вторичные энергоресурсы (ВЭР) – теплота, остающаяся по завершении основного технологического процесса предприятия.
Вынужденная конвекция – перенос теплоты, когда движение теплоносителя создается внешним источником движения жидкости (газа).
Вязкость – свойство жидкостей оказывать сопротивление сдвигающим усилиям. Размерность кинематического коэффициента вязкости – м2/с.
Гидравлический удар в трубе – резкое повышение давления при снижении скорости течения жидкости.
Гидромашины (насосы, гидротурбины) – машины, в которых энергия пере-носится жидкостью.
Градиент температуры – вектор, направление которого совпадает с напра-влением максимального изменения температуры тела.
Грасгофа число – критерий подобия для теплообмена при свободном течении жидкости.
Диффузор – расширяющаяся часть трубы, в которой уменьшается скорость течения и растет давление.
Кавитация – образование пузырьков, заполненных парами и газами, выде-лившимися из текущей жидкости.
Капельные (несжимаемые) жидкости – жидкости, почти не меняющие объема при изменении давления.
Карно цикл – цикл идеальной тепловой машины, составленный из двух изотерм и двух адиабат.
Кризис кипения – переход пузырькового режима кипения в пленочный.
Критерии подобия (числа подобия) – безразмерные числа, составленные из физических величин и коэффициентов, которые определяют характер течения и теплообмена.
Лаваля сопло позволяет получать на выходе сверхзвуковую скорость газа.
Лопаточная решетка турбомашины – система каналов, проходя через которую поток меняет направление, скорость и давление.
Маха число – критерий подобия для течений газа.
Нуссельта число – критерий подобия, характеризующий интенсивность конвективного теплообмена.
Ньютона-Рихмана закон – соотношение для конвективного теплообмена, связывающее тепловой поток с температурами жидкости и стенки.
Параметры состояния – давление, температура и удельный объем газа.
Пито трубка – устройство для измерения скорости течения.
Планка закон – закон теплового излучения, устанавливающий связь между длиной волны теплового излучения и абсолютной температурой черного тела.
Пленочное кипение – режим кипения, когда твердая поверхность отделена от кипящей жидкости пленкой пара.
Плотность – масса жидкости в единице объема. Размерность кг/м3.
Поверхностное натяжение – сила, действующая на единицу длины по-верхности раздела жидкой и газообразной фаз. Эта сила стремится сократить эту поверхность до минимума. Размерность Н/м.
Прандтля число – критерий подобия, характеризующий влияние на конвек-тивный теплообмен вязкости и температуропроводности жидкости.
Противоточные теплообменники – теплообменные аппараты, в которых греющая и нагреваемая среды движутся в противоположных направлениях.
Прямоточные теплообменники – теплообменные аппараты, в которых греющая и нагреваемая среды движутся в одном и том же направлении.
Пузырьковое кипение – режим кипения, когда пар образуется в виде перио-дически зарождающихся, растущих и отрывающихся пузырьков.
Расход жидкости - объем жидкости, протекающей через некоторое сечение за одну секунду. Размерность м3/с.
Регенеративные теплообменники – теплообменные аппараты, в которых передача теплоты происходит за счет поочередного омывания поверхности тепло-обмена греющим и нагреваемым теплоносителем.
Рейнольдса число – критерий подобия для течений вязкой жидкости.
Рекуперативные теплообменники – теплообменные аппараты, в которых теплота передается от греющего теплоносителя к нагреваемому через разделяю-щую их стенку.
Свободная конвекция – перенос теплоты, когда движение теплоносителя возникает из-за разности плотностей нагретых и холодных объемов жидкости.
Сжимаемость – уменьшение объема жидкости при увеличении давления.
Скачек уплотнения – резкое увеличение давления в газовом потоке.
Степень черноты излучающего тела – отношение мощности собственного излучения тела к мощности излучения абсолютно-черного тела при той же темпе-ратуре.
Стефана-Больцмана закон устанавливает связь между энергией, излучаемой абсолютно-черным телом, и его температурой.
Температурный напор – разность характерных температур Δt двух сред, между которыми происходит теплообмен.
Температуропроводности коэффициент – физическая величина а, харак-теризующая скорость выравнивания температуры тела.
Тепловая изоляция – наружное покрытие тепловых аппаратов и трубопро-водов низкотеплопроводными материалами.
Тепловое излучение – электромагнитное излучение, испускаемое телами. За-висит от абсолютной температуры тела Т и оптических свойств излучающего тела.
Тепловое расширение жидкостей – изменение плотности при изменении температуры.
Тепловой поток – теплота, передаваемая через поверхность теплообмена в одну секунду, Вт. Плотность теплового потока – отношение теплового потока к площади теплообмена, Вт/м2.
Теплообмен – самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты в пространстве с неоднородным полем температур.
Теплоотдача – конвективный теплообмен между движущейся средой и твердой стенкой, отделяющей ее от другой среды.
Теплопередача – теплообмен между двумя теплоносителями через разделяю-щую их твердую стенку.
Теплопроводность – перенос тепловой энергии в неравномерно нагретых телах атомно-молекулярными процессами. Коэффициент теплопроводности λ имеет размерность Вт /(м К).
Условия однозначности – совокупность условий, определяющих теплообмен – форму и размеры тела, его теплофизические свойства, начальные условия, граничные условия (т.е. характеристики теплообмена на поверхности тела).
Установившееся течение – движение жидкости, в котором скорость и давление в любой точке не изменяются во времени.
Фруда число – критерий подобия для течений жидкости в поле силы тяжести.
Фурье закон – устанавливает связь между плотностью теплового потока, передаваемого теплопроводностью, и градиентом температуры.
Эжектор – струйный аппарат для отсасывания газов.
Элементарная струйка – струйка жидкости, поверхность которой образо-вана линиями тока, проходящими через малый контур.
3.4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
1. Перед выполнением лабораторных работ студентам следует изучить схему лабораторной установки, обратить внимание на размещение и включение измерительных приборов.
2. Во время наблюдений все записи вести в таблицах, составленных по наиболее удобной форме для данного эксперимента.
3. Значения параметров, полученных при обработке эксперимента, должны быть сопоставлены с расчетными значениями этих параметров.
4. По каждой лабораторной работе должен быть составлен отчет, отвечающий требованиям, приведенным в настоящих методических указаниях.
ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Лабораторные работы проводятся на стендах, оборудованных с учетом следующих Государственных стандартов: 12.1.0119-79 «ССБТ. Электробезопас-ность»; 12.0.003-74 «ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы»; 12.1.010-76 «ССБТ. Взрывобезопасность» (см. инструкцию). Использовано также пособие Гуткин В.И. Безопасность жизнедеятельности при эксплуатации электро-установок до 10100 В. СЗТУ, 2004.
Перед началом работы студенты должны пройти инструктаж по технике безопасности и правилам внутреннего распорядка в лаборатории, расписаться в журнале инструктажа.
Перед проведением работы необходимо каждому студенту знать место расположения кнопки «Включатель», подающего питание на стенд, и кнопки «Выключатель», отключающей электроэнергию.
Во время проведения лабораторных работ запрещается:
- подавать электронапряжение на установку без разрешения преподавателя;
- включать и выключать установку лицам, не назначенным преподавателем для этой цели;
- ходить по помещению лаборатории без разрешения преподавателя, курить в неположенных местах;
По окончании лабораторных работ необходимо:
- обесточить лабораторную установку;
- привести рабочее место в порядок.
