ВСТУП 5

1 ОСНОВИ ТЕХНІЧНОЇ ТЕРМОДИНАМІКИ 8

1.1 Властивості робочих тіл 8

1.1.1 Робоче тіло та його параметри 8

1.1.2 Рівняння стану ідеального газу 14

1.1.3 Суміші ідеальних газів 16

1.1.4 Теплоємність ідеального газу 19

1.1.5 Питання для самоконтролю 24

1.2 Перший закон термодинаміки 25

1.2.1 Основні види термодинамічних процесів 25

1.2.2 Робота розширення газу 26

1.2.3 Внутрішня енергія газу 29

1.2.4 Аналітичне вираження першого закону термодинаміки 31

1.2.5 Ентальпія 32

1.2.6 Ентропія 34

1.2.7 Термодинамічні процеси ідеальних газів 37

1.2.8 Питання для самоконтролю 50

1.3 Другий закон термодинаміки 51

1.3.1 Основні положення другого закону термодинаміки 51

1.3.2 Кругові термодинамічні процеси 53

1.3.3 Цикл Карно 56

1.3.4 Математичне вираження другого закону термодинаміки 61

1.3.5 Питання для самоконтролю 64

1.4 Реальні гази 64

1.4.1 Властивості реальних газів 64

1.4.2 Водяна пара 68

1.4.3 Вологе повітря 84

1.4.4 Питання для самоконтролю 101

1.5 Термодинаміка потоку 101

1.5.1 Основні властивості газів і рідин 101

1.5.2 Статика газів 107

1.5.3 Динаміка газів 108

1.5.4 Витікання парів та газів 115

1.5.5 Вибір форми сопла 123

1.5.6 Розрахунок процесу витікання за допомогою h,s-діаграми 126

1.5.7 Дроселювання парів та газів 129

1.5.8 Питання для самоконтролю 132

1.6 Приклади рішення задач 133

1.7 Завдання для самостійного р_{озв’язання} 160

2 ОСНОВИ ТЕОРІЇ ТЕПЛООБМІНУ 166

2.1 Теплопровідність 169

2.1.1 Основні поняття і визначення 169

2.1.2 Диференціальне рівняння теплопровідності 175

2.1.3 Умови однозначності для процесів теплопровідності 179

2.1.4 Теплопровідність при стаціонарному режимі 183

2.1.4.1 Передача теплоти через плоску стінку 183

2.1.4.2 Передача теплоти через циліндричну стінку 195

2.1.4.3 Критичний діаметр циліндричної стінки 203

2.1.5 Нестаціонарна теплопровідність 207

2.1.5.1 Загальні положення 207

2.1.5.2 Нагрівання і охолодження плоскої стінки 213

2.1.5.3 Нагрівання і охолодження циліндра 218

2.1.5.4 Залежність процесу поширення теплоти від форми і розмірів тіла 219

2.1.6 Питання для самоконтролю 221

2.2 Конвективний теплообмін 222

2.2.1 Загальні положення 222

2.2.2 Теорія подоби 227

2.2.3 Тепловіддача при вільній конвекції 236

2.2.4 Тепловіддача при вимушеній конвекції 239

2.2.4.1 Тепловіддача при русі теплоносія всередині труби 240

2.2.4.2 Тепловіддача при поперечному омиванні труби 246

2.2.4.3 Тепловіддача при русі теплоносія вздовж пластини 250

2.2.5 Питання для самоконтролю 252

2.3 Теплообмін випромінюванням 253

2.3.1 Загальні положення 253

2.3.2 Основні закони теплового випромінювання 257

2.3.3 Теплообмін випромінюванням між тілами 263

2.3.4 Випромінювання газів 270

2.3.5 Складний теплообмін 273

2.3.6 Питання для самоконтролю 275

2.4 Приклади розв’язання задач 276

2.5 Завдання для самостійного розв’язання 284

3 ПРИКЛАДНА ТЕПЛОТЕХНІКА 286

3.1 Теплообмінні апарати 286

3.1.1 Класифікація теплообмінних апаратів 286

3.1.2 Вимоги до теплоносіїв 290

3.1.3 Основні положення теплового розрахунку теплообмінних апаратів 292

3.1.4 Питання для самоконтролю 297

3.2 Компресори 297

3.2.1 Загальні положення 297

3.2.2 Об'ємні компресори 298

3.2.3 Лопаткові компресори 305

3.2.4 Питання для самоконтролю 309

3.3 Термодинамічні цикли 309

3.3.1 Цикли паротурбінних установок (ПТУ) 309

3.3.2 Цикли двигунів внутрішнього згорання (ДВЗ) 314

3.3.3 Цикли газотурбінних установок (ГТУ) 324

3.3.4 Питання для самоконтролю 331

3.4 Приклади рішення задач 332

3.5 Завдання для самостійного _{розв’язання} 337

ДОДАТОК А ...................................................................................................278

ДОДАТОК Б ...................................................................................................279

ДОДАТОК В ...................................................................................................285

ДОДАТОК Г ...................................................................................................287

ДОДАТОК Д ...................................................................................................289

ДОДАТОК Е ...................................................................................................290

ДОДАТОК Ж ..................................................................................................291

ДОДАТОК И ...................................................................................................292

ДОДАТОК К ...................................................................................................293

ДОДАТОК Л ...................................................................................................296

ДОДАТОК М ..................................................................................................297

ВСТУП

У металургії і машинобудуванні одним з багатьох видів обладнання є печі-агрегати, в яких виконується теплова обробка різноманітних матеріалів. Якість роботи печей визначає якість готової продукції. Печі являють собою достатньо енергоємне обладнання, яке споживає значну кількість твердого, газоподібного та рідкого палива, а також електроенергії. Процеси переносу теплоти в печах займають одне з центральних місць при їх проектуванні та експлуатації.

Сучасний спеціаліст повинен вмити правильно формулювати и розв’язувати різноманітні прикладні завдання з використанням основних законів термодинаміки і тепломасообміну.

Даний курс лекцій складається з двох частин. Перша частина «Теплотехніка» містить 3 розділи:

1) основи технічної термодинаміки; 2) теорія теплообміну; 3) прикладна термодинаміка.

Термодинаміка вивчає закони перетворення енергії в різних фізикохімічних процесах, що відбуваються в макроскопічних системах і супроводжуються тепловими ефектами. У залежності від задач дослідження зазначають загальну, хімічну, технічну термодинаміку, термодинаміку біологічних систем і т.ін. Технічна термодинаміка розглядає процеси взаємного перетворення теплоти і роботи. Вона встановлює зв'язок між тепловими, механічними і хімічними процесами, що відбуваються в теплових і холодильних машинах, вивчає процеси, що відбуваються в газах і парах, а також властивості цих тіл при різних фізичних умовах.

Теорія теплообміну розглядає процеси поширення теплоти в твердих, рідких і газоподібних тілах.

Технічна термодинаміка і теорія теплообміну є теоретичним фундаментом прикладної теплотехніки. Вона розглядає різноманітні установки, основою роботи яких являються основні закони технічної термодинаміки і теорії теплообміну.

Умовні позначання

Безрозмірна координата	δ/l			–
Відносна вологість				%
Внутрішня енергія	u			Дж/кг
Вологовміст	d			г/кг
Газова постійна	R			Дж/(кгК)
Градієнт температури	grad t			о С/м
Густина				кг/ м3
Густина інтегрального потоку випромінювання	E			Вт/м2
Густина теплового потоку	q			Вт/м2
Динамічний коефіцієнт в’язкості				Пас
Динамічний тиск	Pд			Па
Довжина	l			м
Довжина електромагнітної хвилі				м
Ентальпія	h			Дж/кг
Ентропія	s			Дж/(кгК)
Інтегральній потік випромінювання	Q			Вт
Інтенсивність випромінювання	I			Вт/м3
Кількість теплоти за час 	Q			Дж
Кількість речовини				моль
Кінематична в'язкість	ν			м/с2
Коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла	Cs			Вт/(м2К4)
Коефіцієнт випромінювання сірого тіла	C			Вт/(м2К4)
Коефіцієнт відбивання теплоти	D			–
Коефіцієнт лінійного розширення				1/К
Коефіцієнт поглинання теплоти	A			–
Коефіцієнт пропускання теплоти	R			–
Коефіцієнт тепловіддачі				Вт/(м2С)
Коефіцієнт теплового розширення газів				1/К
Коефіцієнт теплопередачі	k			Вт/(м2С)
Коефіцієнт теплопередачі (лінійний)	kl			Вт/(мС)
Коефіцієнт теплопровідності				Вт/(мС)
Ступінь чорноти				–
Критерій Біо	Bi			–
Критерій Фур'є		Fо	–
Маса		m	кг
Об’ємний коефіцієнт корисної дії компресору		об	%
Статичний тиск		Pст	Па
Парціальний тиск		Pi	Па
Питомий об’єм		v	м3/кг
Площа		F	м2
Потужність		N	Вт
Прискорення вільного падіння		g	м/с2
Товщина		δ	м
Середня товщина газового шару		δеф	м
Сила		N	Н
Ступінь підвищення тиску у ГТУ, ДВЗ			-
Ступінь розширення газів у ГТУ, ДВЗ			-
Ступінь стиснення газів у ДВЗ			-
Температура (за шкалою Кельвіна)		T	К
Температура (за шкалою Цельсія)		t	С
Температурний критерій		θ	–
Температурний напір		t	С
Коефіцієнт температуропроводності		a	м/с2
Тепловий потік		Q	Вт
Теплоємність		Cv,Cр	Дж/(кгК)
Термічний ККД циклу		t	%
Термічний опір (внутрішній)		R	(мС)/Вт
Термічний опір (зовнішній)		Rα	(м2С)/Вт
Робота стиску (розширення)		l	Дж/кг
Тиск		P	Па
Холодильний коефіцієнт циклу			-
Час			с
Число Грасгофа		Gr	–
Число Нуссельта		Nu	–
Число Прандтля		Pr	–
Число Рейнольдса		Re	–
Швидкість			м/с
Шкідливий простір компресору		Vшк	м3