Теоретические основы теплотехники

336

РАЗДЕЛ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

9.Вопросы к экзамену по дисциплине « Теоретические основы теплотехники»

61.Термодинамические системы.

62.Теория теплообмена. Основные положения.

63.Равновесие термодинамических систем и фазовые переходы (рТ-диаграмма).

64.Температурное поле. Температурный градиент.

65.Термодинамические параметры и функции состояния.

66.Интенсификация процесса теплопередачи.

67.Уравнения состояния идеального и реального газов.

68.Коэффициент теплопроводности. Теплопроводность различных материалов.

69.Уравнение Клапейрона-Менделеева. Универсальная газовая постоянная.

70.Дифференциальное уравнение теплопроводности.

71.Газовые смеси.

72.Стационарный режим теплопроводности. Плоская стенка.

73.Газовые смеси.

74.Условия однозначности. Граничные условия.

75.Термодинамические процессы, термодинамическое равновесие.

76.Стационарный режим теплопроводности. Плоская стенка.

77.Работа и теплота. Рабочая и тепловая диаграммы.

78.Теплопередача через плоскую стенку.

79.Теплота и энтропия.

80.Теплопроводность через цилиндрическую стенку.

81.Теплоемкость газов.

82.Теплопередача через цилиндрическую стенку.

83.Теплоемкость смеси и газов.

84.Основы теории подобия конвективного теплообмена.

85.Изохорный и изобарный процессы.

86.Интенсификация процесса теплопередачи.

87.Циклы паротурбинных установок.

88.Нестационарная теплопроводность.

89.Изотермические и адиабатные процессы.

90.Охлаждение (нагревание) неограниченной пластины.

91.Цикл Ренкина.

92.Графики (номограммы) для решения задач нестационарной теплопроводности.

93.Циклы холодильных установок (р υ-, Т-s, hs, lnp-h)

94.Охлаждение (нагревание) неограниченной пластины.

95.Цикл паровой компрессорной холодильной установки (Тs, lnp-h).

96.Дифференциальное уравнение теплопроводности.

97.Обратный обратимый цикл Карно. Холодильный коэффициент.

98.Теплопроводность через цилиндрическую стенку.

99.Прямой обратимый цикл Карно. Теорема Карно.

100.Интенсификация процесса теплопередачи.

101.Цикл реактивных двигателей.

102.Теплопередача через плоскую стенку.

103.Работа и теплота. рυ – Тs - диаграммы.

104.Коэффициент теплопроводности.

105.Адиабатный процесс.

337

106.Дифференциальное уравнение теплопроводности.

107.Первый закон термодинамики.

108.Граничные условия I, II, III, IV родов.

109.Термодинамические функции состояния.

110.Перенос теплоты (теплопередача) через плоскую однослойную и многослойные стенки.

111.Термодинамические параметры состояния.

112.Перенос теплоты (теплопередача) через цилиндрические однослойную и многослойную стенки.

113.Теплоемкость газов.

114.Расчет теплообменных аппаратов.

115.Смеси идеальных газов.

116.Дифференциальное уравнение теплопроводности Фурье.

117.Термодинамические функции состояния.

118.Сложный теплообмен. Теплопередача.

119.Второй закон термодинамики. Необратимость реальных процессов. Принцип возрастания энтропии.

120.Теплопроводность и теплопередача через однослойную и многослойную плоские стенки.

338

10.Образец экзаменационных билетов по дисциплине

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Дисциплина: «Теоретические основы теплотехники»

Экзаменационный билет

121.Термодинамические системы.

122.Теплоотдача в турбулентном пограничном слое при продольном омывании пластины.

123.Задача

Рассчитать одноступенчатый поршневой компрессор производительностью V с

газообразным рабочим телом. Если конечное давление равно P2, а начальные параметры:

P1 = 0,1 МПа, T1 = 300 К.

Определить: начальные и конечные параметры газа; работу в процессе сжатия; изменение внутренней энергии, энтальпии, энтропии; теоретическую мощность двигателя для привода компрессора.

Расчет выполнить для изотермического, адиабатного и политропного (с показателем политропы n) сжатия газа. Изобразить процессы сжатия на pV - и Ts - диаграммах.

Определить расход охлаждающей воды, если ее температура при охлаждении

цилиндра компрессора повысилась на ∆t.

Для тех же условий определить теоретическую мощность двигателя для привода трехступенчатого компрессора.

Определить: во сколько раз изменится мощность двигателя и расход охлаждающей воды при переходе от изотермического сжатия к политропному; на сколько процентов уменьшится затрата работы при переходе от одноступенчатого на трехступенчатое сжатие газа.

339

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Дисциплина: «Теоретические основы теплотехники»

Экзаменационный билет

1.Равновесие термодинамических систем и фазовые переходы (рТ-диаграмма).

2.Температурное поле. Температурный градиент.

3.Задача

Рассчитать цикл поршневого двигателя внутреннего сгорания со смешанным подводом теплоты, если начальное давление – P1, начальная температура – T1, степень

сжатия - ε, степень повышения давления - λ, степень предварительного расширения - ρ. Рабочее тело – воздух.

Определить: параметры состояния (p, V, T) рабочего тела в характерных точках цикла; работу расширения, сжатия и полезную работу цикла (lt), удельное количество подведенной (q1) и отведенной теплоты (q2), изменение внутренней энергии ( U), энтальпии ( h) и энтропии ( S) в процессах, входящих в цикл; среднее индикаторное давление в цикле (pi); термический КПД цикла.

Расширение и сжатие рабочего тела осуществляется в политропных процессах с показателем политропы n1 и n2 соответственно. Теплоемкость рабочего тела принять постоянной. Построить цикл в координатах pV и Ts.

Сравнить величины термического КПД смешанного цикла и термического КПД цикла Карно.

340

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Дисциплина: «Теоретические основы теплотехники»

Экзаменационный билет №

1.Термодинамические параметры и функции состояния.

2.Интенсификация процесса теплопередачи.

3.Задача

Впаросиловой установке, работающей при начальных параметрах p1, t1 и р2, введен вторичный перегрев пара при р’ до начальной температуры t’= t1.

Определить термический КПД цикла с вторичным перегревом.

Определить термический КПД установки при отсутствии вторичного перегрева и влияние введения вторичного перегрева на термический КПД цикла.

341

СОСТАВИТЕЛЬ:

Р.И. Есьман, профессор кафедры «Промышленная теплоэнергетика и теплотехника» Белорусского национального технического университета, доктор технических наук

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

Кафедра «Энергетика» учреждения образования «Белорусский государственный аграрный технический университет»

В.Л. Драгун, заместитель директора по научной работе Института тепло- и массообмена Национальной академии наук Беларуси, член - корреспондент Национальной академии наук Беларуси, профессор, доктор технических наук

РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ В КАЧЕСТВЕ ТИПОВОЙ:

Кафедрой «Промышленная теплоэнергетика и теплотехника» Белорусского национального технического университета

Учебно-методическим объединением вузов Республики Беларусь по образованию в области автоматизации технологических процессов, производств и управления (протокол № от 2010 г.)

Ответственный за редакцию Р.И. Есьман Ответственный за выпуск

343

1. ВВЕДЕНИЕ

Выработка электроэнергии на тепловых электрических станциях связана с эксплуатацией современных паровых и газовых турбин. В малых масштабах она может вырабатываться на комбинированных установках двигатель внутреннего сгорания – электрогенератор.

В производственной деятельности на промышленных предприятиях инженер – энергетик сталкивается с работой систем получения и использования сжатого воздуха для привода механизмов и машин, эксплуатацией заводских газопроводов природного и искусственных газов, очистных устройств, предназначенных для уменьшения выбросов вредных газов и пыли в атмосферу.

Во всех перечисленных установках и системах протекают различные термодинамические процессы изменения состояния газов и паров, применяемых в качестве рабочих тел. Знание основных законов, с помощью которых описываются свойства термодинамических систем поможет инженеру – энергетику грамотно и эффективно эксплуатировать основное оборудования.

Целью дисциплины «Теоретические основы теплотехники» является изучение студентами основных свойств термодинамических систем таких, как газы и водяной пар, методами их получения и использования для выработки тепловой и механической энергии на ТЭС, АЭС, в котельных, в тепловых двигателях внутреннего сгорания, паровых и газовых турбинах, а также с основами теории теплообмена, имеющего место в теплотехнологиях различных отраслей народного хозяйства, в аппаратах, теплоэнергетических установках и устройствах.

Для изучения дисциплины «Теоретические основы теплотехники» необходимы знания в области физики, высшей математики, гидрогазодинамики, химии. В свою очередь, эти знания используются при изучении ряда прикладных инженерных дисциплин.

Задачи дисциплины включают:

-изучение основных законов и положений термодинамики и теплопе - редачи;

-исследование свойств и термодинамических процессов идеального и реального газов;

-исследование замкнутых круговых процессов - термодинамических циклов тепловых

двигателей, цикла и теоремы Карно, циклов холодильных установок и тепловых

-определение коэффициентов теплопроводности, теплоотдачи, теплопередачи, массоотдачи, температуропроводности;

-исследование законов теплопроводности Фурье, теплоотдачи Ньютона-Рихмана, законов теплового излучения (Планка, Стефана-Больцмана, Ламберта);

-изучение механизмов передачи теплоты и массы в различных видах конвективного тепломассообмена;

Врезультате освоения курса «Теоретические основы теплотехники» студент

должен:

знать:

-законы термодинамики;

-основные термодинамические свойства газа и водяного пара;

-методы получения и использования водяного пара и воды;

-методы определения теплотехнических характеристик жидкостей, газов и твердых тел;

уметь:

344

-применять законы термодинамики при расчете паровых и газовых установок;

-определять термодинамические параметры газов, водяного пара и твердого тела;

-выполнять экспериментальное исследование процессов теплообмена при вынужденном движении среды.

Основными методами (технологиями) обучения, отвечающими целям изучения дисциплины, являются:

−элементы проблемного обучения (проблемное изложение, вариативное изложение, частично-поисковый метод), реализуемые на лекционных занятиях;

−элементы учебно-исследовательской деятельности, реализация творческого подхода, реализуемые на практических занятиях (или лабораторных работах) и при

самостоятельной работе;

−коммуникативные технологии (дискуссия, учебные дебаты, мозговой штурм и другие формы и методы), реализуемые на практических занятиях и конференциях;

−проектные технологии, используемые при проектировании конкретного объекта, реализуемые при выполнении курсовой работы.

Диагностика компетенции студента.

Для оценки достижений студента используется следующий диагностический инструментарий:

-проведение текущих контрольных вопросов по отдельным темам;

-выступление студента на конференции по подготовленному реферату;

-сдача экзаменов и зачетов.

Изучение дисциплины «Теоретические основы теплотехники» рассчитано на 232 час, в том числе — 144 часов аудиторных занятий.

Примерное распределение аудиторных часов по видам занятий: лекции — 72 часа; практические занятия — 36 часов;

лабораторные занятия — 36 часов.

Примерный тематический план дисциплины