1394

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

ТЕПЛОТЕХНИКА

Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения

специальностей 150200 – Автомобили и автомобильное хозяйство и 260200 – Технология деревообработки

Воронеж 2002

УДК 621.184.64

Попов В.М., Кондратенко И.Ю. Теплотехника. Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения специальностей 150200 – Автомобили и автомобильное хозяйство и 260200 – Технология деревообработки. – Воронеж: Воронеж. гос. лесотехн. акад., 2002. – 40 с.

В методическом указании приводится программа изучения курса "Теплотехника" и задания к контрольным работам для студентов специальностей "Автомобили и автомобильное хозяйство" и "Технология деревообработки".

Материал соответствует учебным программам по данным специальностям. Предназначено для изучения дисциплины "Теплотехника" студентами заочной формы обучения специальностей 150200 и 260200.

Библиогр.: 6 наим., табл. 41.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТА.

Рецензент: кафедра промышленной энергетики ВГТУ Научный редактор: д-р техн. наук, проф. В.В. Фалеев

Общие методические указания

Согласно учебным планам студенты заочной формы обучения специальностей 150200 – Автомобили и автомобильное хозяйство и 260200 – Технология деревообработки прослушивают курс лекций по дисциплине "Теплотехника", проходят лабораторный практикум и самостоятельно выполняют по одной контрольной работе.

При выполнении контрольных работ студентам рекомендуется пользоваться специальной литературой, список которой представлен в конце данного методического указания.

Выполнению контрольных работ, состоящих из контрольных вопросов и задач, должно предшествует самостоятельное изучение соответствующего раздела дисциплины "Теплотехника". Ответы на вопросы должны быть сформулированы в краткой форме, сопровождаться исходными формулами, иллюстрироваться графиками и схемами. Решение задач следует разъяснять, ссылаясь на литературные источники.

Работы, выполненные не по своему варианту, не рассматриваются и не возвращаются.

Программа к разделам курса "Теплотехника"

Теплоэнергетика и её роль в хозяйстве РФ.

Использование тепловой энергии в автомобильном транспорте и лесном комплексе.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

Тема 1

Введение Предмет и метод технической термодинамики. Основные параметры со-

стояния рабочего тела. Уравнение состояния. Термодинамический процесс. Равновесный и неравновесный процессы.

Тема 2

Идеальные газы и их смеси Определение идеального газа. Уравнение состояния. Газовая постоянная.

Внутренняя энергия, энтальпия идеальных газов. Теплоёмкость. Зависимость теплоёмкости от характера процесса: теплоёмкости cp и cv , связь между ними.

Зависимость теплоемкости от температуры: средняя и истинная теплоёмкости. Газовая смесь. Закон Дальтона. Способы задания смесей. Определение средней газовой постоянной, молекулярной массы смеси.

Тема 3

Первый закон термодинамики Содержание первого закона термодинамики. Аналитическое выражение

закона. Внутренняя энергия как функция состояния тела. Изменение внутренней энергии. Работа и теплота как функции процесса. Определение работы в P − V диаграмме. Энтропия как функция состояния. Изменение энтропии для идеального газа. Определение теплоты процесса с помощью T − S координат.

Аналитическое исследование и графическое изображение в P − V и T − S координатах термодинамических процессов: изохорного, изобарного, изотермического, адиабатического, политропического.

Тема 4

Второй закон термодинамики Круговые процессы, или циклы. Прямые и обратные циклы. Оценка эф-

фективности цикла и его термический КПД. Прямой и обратный циклы Карно, вычисление термического КПД и холодильного коэффициента. Сущность второго закона термодинамики и его формулировки. Аналитическое выражение второго закона термодинамики.

Тема 5

Водяной пар, влажный воздух

Водяной пар. Основные определения. Процесс парообразования в P − V координатах. Определение параметров воды и водяного пара. T − S и i − S диаграммы водяного пара. Расчет основных термодинамических процессов водяного пара с помощью таблиц и i − S диаграммы.

Влажный воздух. Основные понятия и определения. Абсолютная и относительная влажности воздуха, влагосодержание. Температура точки росы. Удельный объем и энтальпия влажного воздуха. J − d диаграмма влажного воздуха. Расчет процессов сушки, подогрева с помощью J − d диаграммы.

Тема 6

Термодинамика потока, истечение газа и пара. Дросселирование

Уравнение первого закона термодинамики для потока. Сопло и диффузор. Адиабатическое течение в сопле. Истечение идеального газа через суживающееся сопло, критическая скорость и его расход.

Дросселирование газа и пара. Изменение параметров газов при дросселировании. Особенности дросселирования реального газа. Практическое использование процесса дросселирования. Изображение процесса дросселирования пара в i − S диаграмме.

Тема 7

Циклы поршневого компрессора тепловых двигателей и холодильных машин

Рабочий процесс и термическая индикаторная диаграмма поршневого одноступенчатого компрессора. Изотермическое, адиабатическое и политропное сжатия.

Циклы ДВС (двигателей внутреннего сгорания).

Циклы ГТУ (газотурбинных установок) и их анализ. Циклы паросиловых установок. Цикл ПСУ Ренкина и его исследование в P − V и T − S координатах. Пути повышения экономичности ПСУ. Основы теплофикации.

Цикл паровой компрессорной холодильной установки, его анализ в T − S координатах. Холодильный коэффициент.

ОСНОВЫ ТЕПЛООБМЕНА

Тема 8 Основные виды теплообмена. Основные понятия.

Тема 9 Теплопроводность. Понятия о температурном поле, температурном гра-

диенте, тепловом потоке. Уравнение Фурье. Коэффициент теплопроводности. Теплопроводность плоских и цилиндрических стенок.

Тема 10 Конвективный теплообмен. Закон Ньютона-Рихмана. Коэффициент теп-

лоотдачи. Факторы, оказывающие влияние на процесс теплоотдачи. Теплоотдача в свободном пространстве, при движении жидкости в каналах, при кипении жидкости и конденсации пара.

Тема 11 Лучистый теплообмен. Законы лучистого теплообмена. Лучистый тепло-

обмен между телами.

Тема 12 Процессы теплопередачи. Уравнение теплопередачи. Коэффициент теп-

лопередачи. Теплопередача через плоские и цилиндрические стенки. Интенсификация процесса теплопередачи. Тепловая изоляция.

Тема 13 Виды теплообменных аппаратов. Тепловой расчет рекуперативных теп-

лообменников.

I. Задание на контрольную работу для студентов специальности Автомобили и автомобильное хозяйство

Задание на контрольную работу содержит контрольные вопросы и задачи, номера которых студент выбирает из табл. 1.1.

Таблица 1.1

Варианты вопросов и задач

Контрольные вопросы

1.Перечислите основные параметры состояния газа. Каким уравнением они взаимосвязаны?

2.Дайте определение термодинамическому процессу. Способы задания термодинамических процессов. Основные параметры термодинамического процесса.

3.Дайте формулировку и аналитическое выражение первого закона термодинамики.

4.В каком термодинамическом процессе все подведенное к газу тепло идет только на увеличение его внутренней энергии? Изобразите этот процесс в P − V координатах.

5.Изобразите в P − V координатах процесс, в котором работа, совершаемая газом против внешних сил, осуществляется за счет его внутренней энергии.

6.Дайте определение процессу дросселирования газов или паров. Изобразите этот процесс в i − S диаграмме для водяного пара.

7.Дайте определение термодинамическому циклу. Какой цикл называется прямым и обратным? Для каких машин характерны эти циклы? Чем оценивается эффективность прямого и обратного циклов?

8.Изобразите в P − V координатах цикл ДВС с подводом тепла при V = const . Как повысить термический КПД этого цикла?

9.Изобразите в P − V координатах цикл ДВС, работающего по схеме бескомпрессорного дизеля. Проанализируйте пути повышения термического КПД этого цикла.

10.В чем разница термодинамических циклов паросиловых установок конденсационного и теплофикационного типов? Изобразите циклы этих установок в T − S диаграммах водяного пара.

11.Изобразите в T − S координатах для пара цикл компрессионной холодильной установки. Какие термодинамические процессы составляют этот цикл?

12.Какими способами передаётся тепло через тела и между телами?

13.Коэффициент теплопроводности, его размерность и численные значения для газов, жидкостей, теплоизоляционных материалов и металлов.

14.Охарактеризуйте физическую сущность процесса конвективного теплообмена. Изобразите и проанализируйте уравнение Ньютона-Рихмана. Какова физическая сущность коэффициента теплоотдачи?

15.Какие основные факторы оказывают влияние на конвективный теплообмен?

16.Покажите, что теплоотдача при турбулентном режиме движения жидкости в цилиндрических каналах больше, чем при ламинарном режиме.

17.Какие режимы кипения жидкости могут иметь место в теплообменных аппаратах?

18.Объясните природу теплового излучения, дайте понятия чёрного, белого и прозрачного тел.

19.В чём сущность сложного теплообмена? Дайте определение коэффициента теплопередачи.

20.Укажите разновидности теплообменных аппаратов и объясните назначение конструкторского расчета рекуперативных теплообменных аппаратов.

Контрольные задачи

ЗАДАЧА № 1

Смесь газов, заданная по массе, занимает объем V при постоянном избыточном давлении Pизб. и температуре t .

Рассчитать газовую постоянную смеси, среднюю молекулярную массу, парциальное давление одного из компонентов смеси, массу смеси, объёмный состав смеси, среднюю мольную, объёмную и массовую теплоёмкости смеси при постоянном давлении для интервала температур 0Kt °C. Давление атмо-

сферы 740 мм рт. ст. Данные для решения задачи выбрать из табл. 1.2. Таблица 1.2