90

Министерство сельского хозяйства Федеральное государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования «Пермская государственная сельскохозяйственная академия

имени академика Д.Н. Прянишникова»

А.Т. Манташов

ТЕПЛОТЕХНИКА

методические указания по изучению дисциплины и задания для контрольной работы

студентом заочного обучения по специальностям: 110 301 – «Механизация сельского хозяйства» 280 101 – «Безопасность жизнедеятельности в техносфере»

110 304 – «Технология обслуживания и ремонта машин в АПК» 190603 – «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования

(в автомобильном транспорте)

Пермь 2009

УДК 631.371.(075.8)

ББК 40.7

М 23

Рецензент: кандидат технических наук, доцент ПГСХА И.П. Уржун-

цев.

Манташов А.Т. Теплотехника: методическое пособие по изучению дисциплины и задание для контрольной работы /А.Т. Манташов, М-во с.-х. РФ, ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА» - Пермь: Изд-во ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА», 2009.-28c.;20cм.-250 экз.

Методические указания разработаны на основе рабочих программ по курсу «Теплотехника» для специальностей: 110 301 – «Механизация сельского хозяйства»и 280 101 – «Безопасность жизнедеятельности в техносфере». 110 304 – « Технология обслуживания и ремонта машин в АПК» и 190603 – «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (в автомобильном транспорте)

Печатается по решению методической комиссии инженерного факультета ПГСХА (протокол №9 от «7» октября 2009 года)

УДК 631.371 (075.8) ББК 40.7

© ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА», 2009

2

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Студент – заочник, руководствуясь рабочей программой (см. с. 4) и настоящими методическими указаниями, самостоятельно изучает материал, включенный в темы программы дисциплины, по рекомендованным учебникам и учебным пособиями (см. с. 7) .

С целью предварительной ориентации в изучаемом материале студентам в начале семестра читаются установочная и обзорные лекции по основным разделам курса. Отдельные лабораторные работы и практические занятия имеют целью показать прикладной характер материала дисциплины, объем требуемых навыков в использовании справочной литературы и проведении вычислительных работ. Закрепление знаний, полученных студентами в процессе самостоятельного изучения материала курса, осуществляется путем ответов на вопросы и решения задач контрольной работы. При необходимости студенты могут получить индивидуальные или групповые консультации на кафедре «Тракторы и автомобили» ПГСА.

При изучении материала дисциплины необходимо, прежде всего, разобраться в сущности рассматриваемого вопроса, а затем анализировать полученные выражения. Следует иметь в виду, что математические приемы помогают глубже разобраться в явлениях и процессах, и ни в коем случае не заслоняют их физической сущности.

Как при анализе теоретического материала, так и при выполнении расчетов на лабораторных занятиях и решении задач, необходимо обращать внимание на единицы величин, с которыми производятся математические операции. Надо учитывать, что единица всякой величины, как правило, отражает ее физический смысл и, кроме того, позволяет выявить ошибки в процессе вычислений.

Для лучшего усвоения материала дисциплины рекомендуется составлять конспект по каждой теме.

Материал пособия может быть использован для самоконтроля при изучении дисциплины студентами очного обучения по указанным специальностям.

Рабочая программа

Введение

Предмет теплотехники, место и роль в подготовке дипломированного специалиста. Связь теплотехники с другими дисциплинами учебного плана. Основные исторические этапы становления теплотехники, роль теплотехники в научно-техническом прогрессе. Значение теплотехники в сельскохозяйственном производстве. Проблема экономии топливноэнергетических ресурсов, защита окружающей среды. Основные задачи курса.

3

слойной плоской и цилиндрической стенок. Понятие о нестационарной теплопроводности.

Тема 5. Конвективный теплообмен

Сущность конвективного теплообмена. Уравнение НьютонаРихмана. Коэффициент теплоотдачи, факторы на него влияющие. Методы определения коэффициента теплоотдачи. Основы теории теплового подобия. Правила подобия. Критерии теплового подобия, их смысл. Критериальные уравнения. Теплоотдача при свободном и вынужденном движениях теплоносителя. Понятие о теплоотдаче при изменении агрегатного состояния теплоносителя.

Тема 6. Лучистый теплообмен

Сущность теплообмена излучением. Законы теплового излучения. Теплообмен излучением между телами, разделенными прозрачной средой. Излучение газов. Теплообмен излучением в топках и камерах сгорания. Защита от излучения.

Тема 7. Теплопередача и теплообменные аппараты

Сложный теплообмен. Уравнение теплопередачи. Коэффициент теплопередачи. Теплопередача через плоскую, цилиндрическую и оребренную стенки. Интенсификация теплопередачи. Тепловая изоляция. Назначение, классификация и схемы теплообменных аппаратов. Основы расчета теплообменных аппаратов. Средний температурный напор.

Раздел III. Теплотехника в сельскохозяйственном производстве

Тема 8. Топливо и основы горения

Понятие топлива. Элементарный состав компонентов топлива и условная химическая формула. Стехиометрическое соотношение компонентов топлива. Коэффициент избытка окислителя. Энергетические характеристики топлив. Механизм горения и воспламенения топлив. Особенности сжигания гомогенных и гетерогенных топлив. Экологические проблемы сжигания топлив. Пути экономии топлив. Альтернативные горючие.

Тема 9. Влажный воздух

Влажный воздух. Основные величины, характеризующие состояние влажного воздуха. Диаграмма id влажного воздуха. Расчет процессов

обработки влажного воздуха.

Тема 10. Теплоэнергетические установки

Термодинамические циклы тепловых машин, оценка их эффективности. Идеальный цикл Карно. Циклы ДВС с изохорным и изобарным подводом тепла. Цикл со смешанным подводом тепла. Термический КПД циклов, их сравнительный анализ. Цикл газотурбинной установки (ГТУ) при изобарном подводе теплоты и его термический КПД. Принципиальная схема паросиловой установки.

5

4. Кузнецов А.В. Основы теплотехники, топливо и смазочные материалы. А.В. Кузнецов, С.П. Рудобашта, А.В. Симоненко – М.: Колос, 2001.

–248 с.:ил.

5.Манташов А.Т. Теплотехника. Часть 1. Термодинамика и теплопередача. Учебное пособие. А.Т. Манташов.– П.: ПГСХА, 2009. – 184 с.

6.Манташов А.Т. Теплотехника. Часть 1I. Теплотехническое обеспечение обитаемости объектов сельскохозяйственного назначения. Учебное пособие. А.Т. Манташов.– П.: ПГСХА, 2011. – 116 с.

Контрольное задание

Согласно учебному плану студент заочного обучения выполняет контрольную работу назначенного преподавателем варианта. Каждый вариант включает четыре задания с вопросами и задачами. Номера вопросов и задач вариантов приведены в таблице на с. 27.

Отвечать на вопросы и решать задачи только своего варианта, работа, выполненная не по своему варианту, не рецензируется. Ответы на контрольные вопросы должны предшествовать решению задач. Формулировки контрольных вопросов и условия задачи переписываются полностью. Ответы на контрольные вопросы должны быть исчерпывающими и изложены в собственном представлении данного вопроса. Решения задач сопровождать краткими пояснениями и подробными вычислениями. При решении задач воспользоваться справочными данными, приведенными в Приложениях работ [2] и [5]. В ответах на вопросы и при решении задач применять только Международную систему единиц (СИ).

Контрольная работа выполняется рукописно и должна быть представлена в сброшюрованном виде. Допускается выполнение работы на компьютере. Образец титульной страницы работы приведен на с. 28.

На последней странице контрольной работы приводится список использованной литературы. Ниже, студент, выполнивший данную работу, ставит свою подпись и дату.

Контрольную работу необходимо отправить в деканат заочного обучения минимум за две недели до сессии.

Задание № 1

Задание соответствует содержанию тем №№ 1, 2 и 3 учебной программы. Литература: [5], с. 9…58 и с. 68…76; [2], с. 6…41.

Контрольные вопросы

1. Приведите пример закрытой термодинамической системы, объясните параметры, описывающие ее состояние.

2. Раскройте сущность понятия энергии и ее составляющих для термодинамической системы.

7

3. Что в термодинамике понимается под теплотой и работой процесса, их обозначения и единицы измерения?

4. Проанализируйте аналитическое выражение первого закона термодинамики. Приведите примеры применения закона.

5. Приведите основные формулировки второго закона термодинамики и поясните их.

6. Запишите аналитическое выражение второго закона термодинамики и поясните величины, входящие в него.

7. Что понимают под термическим КПД , какие потери он учитывает? 8. Запишите и пояснить уравнение состояния идеального газа для

произвольной массы.

9. Раскройте особенности газовых смесей и поясните, как можно вычислить молярную массу смеси газов.

10. Поясните, каким образом задают состав газовой смеси и как определяют ее газовую постоянную.

11. Дайте определение теплоемкости и поясните особенности теплоемкости газов.

12. Запишите и поясните выражения для вычисления истиной и средней в интервале температур теплоемкости газа.

13. Объясните, как вычислить cv см, если известны cp см и см .

14. Получите уравнения для построения политропы в pv и Ts – координатах.

15. Покажите, как определяется показатель политропы по известным термодинамическим параметрам процесса в двух точках.

16. Поясните, как в pv – координатах можно представить работу расширения и работу техническую политропного процесса.

17. Изобразите в Ts – координатах изобарный и изохорный процес-

сы*.

18. Изобразите в pv – координатах адиабатный и изотермический процессы.*

19. Раскройте особенности распределения энергии в изотермическом процессе.

………………………………………………………………………………

* Кривые должны быть на одном поле графика и выходить из одной точки. 20. Выведите уравнение и соотношение между параметрами в адиа-

батном процессе.

21. Поясните особенности распределения энергии в характерных группах термодинамических процессов.

22. Запишите и проанализируйте уравнение энергии потока газа в тепловой и механической формах.

23. Получите выражение для определения скорости газа в канале. 24. Поясните, от чего зависит расход газа через сечение канала.

25. Покажите, как изменяются давление и температура потока реального газа при дросселировании.

8

мальных технических условиях? Потерями тепла в окружающую среду и на нагрев сосуда пренебречь.

.

1.9. Смесь газов при температуре в камере сгорания 2800 К имеет парциальные давления: рN2 = 1,56 МПа; pH2O = 0,93 МПа и рCO =0,51 МПа. Определить плотность продуктов сгорания.

1.10. Газовая смесь при t =15 0C имеет следующий массовый со-

став: gCO2 = 0,07; gо2 = 0,21 и gN2 = 0,72. До какого давления нужно сжать эту смесь, чтобы ее плотность достигла 28 кг/м 3?

1.11. Смесь газов задана парциальными давлениями: рN2 = 1,2 МПа,

1.12. В калориметр, содержащий 1,5 литра воды при температуре 17 0С, опустили стальной образец массой 0,32 кг нагретый до 500 0С. Определить среднюю в диапазоне изменения температуры теплоемкость стали, если температура воды повысилась на 10 градусов.

1.13.Определить техническую работу в ДВС для 1 кг продуктов сго-

рания при их адиабатном расширении для условий: Т3 = 2650 К; давление изменяется от p3 = 5,3 МПа до p4 = 0,4 МПа, молярная масса продуктов сгорания µ = 27,3 кг/моль, показатель адиабаты к = 1,31.

1.14.Перегретый водяной пар с давлением р0 = 12,5 МПа и темпера-

ное расширение происходит до давления 0,1 МПа. Теплоемкость пара cp = 1938 Дж/(кг·К).

1.15. В баллоне емкостью 40 л содержится азот при давлении р1= 3 МПа и температуре t1 = – 40 0С. Определить количество теплоты, которое следует подвести к азоту, чтобы повысить его температуру до t2 = 18 0C. Каково будет конечное давление азота в баллоне?

1.16.Продукты сгорания топлива дизельного двигателя охлаждаются

вокружающей атмосфере от t1= 400 0C до t2 = 0 0C. Какое количество теплоты отводится от двигателя каждым килограммом выхлопных газов,

если их состав включает gCO2 = 0,16, gN2 = 0,72 и g H2O = 0,12?

10