Теоретические основы теплотехники

Название раздела, темы, занятия; перечень изучаемых вопросов

Лекции

Практические занятия

Лабораторные занятия

Литература

в V,T- и P,T-переменных. Соотношения Максвелла. Формулировки и

аналитическое выражение третьего закона термодинамики.

Практические следствия. Абсолютное значение энтропии.

1.5

6

4

4

НП

[1,3,5]

1.5.1

Уравнение состояния Клапейрона - Менделеева. Теоретическая оценка

идеального газа. Внутренняя энергия,

энтальпия и энтропия веществ в идеально газовом состоянии.

Основные

идеальных газов (изохорный,

6

ТКО

Сравнительный анализ политропных процессов. Расчет параметров

состояния и энергетических характеристик процессов по таблицам

энтальпии и энтропии идеальных газов

1.6

Термодинамика реального газа

6

4

4

НП

[1,3,5]

1.6.1

реальных

газов. Фазовые переходы. Правило фаз Гиббса. Фазовые диаграммы

для стабильных состояний. Кипящая жидкость и сухой насыщенный

Влажный пар. Сухость пара. Перегретая

3

НП

жидкость и переохлажденный пар. Правило Максвелла. Теплоты

фазовых переходов. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Р,v-, Т,s -, h,s -

Сверхкритическая область состояний

водяной

Таблицы

Название раздела, темы, занятия; перечень изучаемых вопросов

Лекции

Практические занятия

Лабораторные занятия

Литература

термодинамических свойств воды и водяного пара. T,s- и h,s -

диаграммы. Расчет изотермического, изобарного, изохорного и

адиабатных процессов по термодинамическим таблицам и

диаграммам. Влажный воздух. Диаграмма Мольера.

1.6.2

Поверхностные явления. Энергия поверхности. Условия фазового

равновесия при искривленной границе раздела фаз. Капиллярное

давление. Давление пара над искривленной поверхностью жидкости и

3

ее температура. Расчет свойств переохлажденного пара.

1.7

6

4

4

НП

[1,3,12]

1.7.1

Термодинамика потока. Основные определения и уравнения:

одномерное течение потока, адиабатное течение потока,

состояния, импульсов,

1

неразрывности, первого закона термодинамики, уравнение энергии для

стационарного потока.

1.7.2

Работа проталкивания и располагаемая работа потока. Характерные

скорости и параметры адиабатного потока. Скорость звука, уравнение

и критическая скорости, основные

1

безразмерные числа. Условия перехода скорости потока через

скорость звука. Сопло и диффузор. Тепловое, расходное сопла и сопло

1.7.3

Статические параметры и

параметры

торможения. Соотношение

1

Название раздела, темы, занятия; перечень изучаемых вопросов

Лекции

Практические занятия

Лабораторные занятия

Литература

между статическими параметрами и параметрами торможения,

1.7.4

конического сопла и сопла Лаваля. Расчетные и нерасчетные режимы.

Истечение с трением. Коэффициенты скорости и расхода. Некоторые

1

1.7.5

Течение реального газа. Особенности течения сухого и влажного

насыщенного пара. Конденсация паров в объеме. Переохлаждение

расширяющегося пара. Скачок конденсации. Расчет истечения паров

1

1.7.6

адиабатного

интегральный дроссельные эффекты. Температура и кривая инверсии.

Техническое применение процессов дросселирования. Смешение

1

НП

ТКО

паров и жидкостей в потоке и в объеме. Потеря эксергии при

1.8

Термодинамика газовых циклов

6

4

4

НП

[1,3,12]

1.8.1

Циклы двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Теоретические циклы

2

Название раздела, темы, занятия; перечень изучаемых вопросов

Лекции

Практические занятия

Лабораторные занятия

Литература

ДВС с изохорным, изобарным и комбинированным подводом теплоты.

Цикл ДВС с турбонаддувом и продолженным расширением газов

перед турбиной. Термический КПД, мощность и удельные расходы

топлива. Сравнение циклов ДВС по средне-интегральным

температурам и по среднему давлению.

1.8.2

Циклы газотурбинных установок (ГТУ) с подводом теплоты при

постоянном давлении. Отношение работы компрессора к работе

турбины. Оптимальное распределение давлений по ступеням

многоступенчатого компрессора. Расчет мощности привода

компрессора. Термический КПД цикла ГТУ. Увеличение начальной

2

температуры газа перед турбиной, выбор оптимальной степени

повышения давления, применение регенеративного подогрева и

многоступенчатого сжатия воздуха, ступенчатый подвод теплоты в

цикле. Замкнутые схемы ГТУ.

1.8.3

Понятие о термодинамических циклах ракетных и реактивных

двигателей. Циклы и термические КПД турбореактивных (ТРД) и

2

НП

ТКО

прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ПВРД).

1.9

Термодинамика паровых циклов

6

4

4

[1,3,9]

1.9.1

Циклы паротурбинных установок (ПТУ). Теоретический и

действительный циклы ПТУ. Влияние начальных и конечных

2

параметров пара на КПД, удельные расходы пара, теплоты и топлива.

Название раздела, темы, занятия; перечень изучаемых вопросов

Лекции

Практические занятия

Лабораторные занятия

Литература

Промежуточный перегрев пара и причины его применения. Циклы со

вторичным перегревом пара. Регенеративные циклы ПТУ. Схемы

регенеративного подогрева с отборами пара. Теплофикация.

1.9.2

электрических станций

ядерных

1

1.9.3

машин.

холодопроизводительности

(ПКХУ).

1

Принципиальная схема и цикл пароэжекторной холодильной

установки (ПЭХУ). Принципиальная схема и цикл

холодильной установки (АХУ).

1.9.4

Одно- и двухступенчатая теплонасосная установка (ТНУ).

Термодинамический анализ цикла ТНУ. Применение ТНУ в системах

1

теплоснабжения и кондиционирования воздуха.

1.9.5

Термодинамические (турбинные) циклы солнечных, геотермальных и

океанских термальных энергетических установок. Комбинированные

1

НП

ТКО

многоконтурные солнечно-тепловые электростанции.

2

Раздел 2. ТЕОРИЯ ТЕПЛООБМЕНА. ТЕПЛОПЕРЕДАЧА

18

2.1

Основные понятия тепломассообмена

2

4

2

[2,4,11]

2.1.1

Предмет курса, общие положения. Основные процессы передачи

теплопроводность,

конвективный

Название раздела, темы, занятия; перечень изучаемых вопросов

Лекции

Практические занятия

Лабораторные занятия

Литература

теплообмен. Теплоотдача. Теплопередача. Основные количественные

характеристики процессов переноса теплоты: количество теплоты,

тепловой поток, плотность теплового потока, мощность внутренних

Основные положения теории массообмена.

Концентрационная, термо- и бародиффузия. Закон Фика. Коэффициент

диффузии. Конвективный массообмен как совокупность молярного и

молекулярного переноса вещества. Плотность потока массы в

процессе конвективного массообмена.

2.2

Дифференциальное уравнение теплопроводности

2

4

2

[2,4,5]

2.2.1

Механизм процесса теплопроводности в газах, жидкостях, металлах,

твердых диэлектриках. Температурное поле. Закон Фурье.

Коэффициент теплопроводности, его зависимость от различных

факторов. Градиент температуры.

2.2.2

Дифференциальное уравнение теплопроводности. Коэффициент

температуропроводности. Краевые условия. Граничные условия

первого, второго, третьего и четвертого родов. Закон Ньютона-

Рихмана для теплоотдачи.

2.2.3

Общие представления об аналитических и численных методах

ТКО

решения задач теплопроводности.

2.3

Теория подобия и моделирование тепловых процессов

2

4

2

[2,4,5]

2.3.1

Применение теории подобия к процессам тепломассообмена. Аналогия

процессов тепло- и массообмена.

Название раздела, темы, занятия; перечень изучаемых вопросов

Лекции

Практические занятия

Лабораторные занятия

Литература

2.3.2

Приведение дифференциального уравнения теплопроводности и

условий однозначности к безразмерному виду. Числа и критерии

подобия для процессов тепломассопереноса, их физический смысл.

Общие условия подобия физических процессов. Свойства подобных

процессов.

2.3.3

Сущность моделирования. Физически однородное и неоднородное

2.4

Теплопроводность при стационарном режиме

2

4

2

[2,4]

2.4.1

Передача теплоты через плоскую стенку. Распределение температуры

в тонкой стенке при постоянном и переменном коэффициенте

теплопроводности. Выражения для теплового потока, коэффициента

НП

теплопередачи и термического сопротивления, их анализ.

Многослойная плоская стенка.

2.4.2

Распределение температур в стенке длинного цилиндра при

постоянном и переменном коэффициентах теплопроводности.

Выражения для теплового потока, коэффициента теплопередачи и

термического сопротивления, их анализ, приближенные формулы.

Многослойная цилиндрическая стенка, критический диаметр тепловой

изоляции трубы.

2.4.3

Передача теплоты через шаровую стенку.

ТКО

Название раздела, темы, занятия; перечень изучаемых вопросов

Лекции

Практические занятия

Лабораторные занятия

Литература

Теплопроводность в стержне постоянного поперечного сечения.

Передача теплоты через ребра: прямое ребро постоянной толщины,

прямое ребро переменного сечения, круглое ребро постоянной

толщины. Интенсификация процесса теплопередачи, теплопередача

ребристых стенок.

2.5

2

4

2

[2,4]

Теплопроводность тонкой пластины, бесконечно длинного цилиндра и

третьего и

Нагревание

(охлаждение) тел конечных размеров. Графоаналитические методы

расчета процессов нестационарной теплопроводности.

Регулярный режим нагревания (охлаждения) тел. Свойства

температурного поля в начальный период и в период регулярного

режима. Темп охлаждения и его определение. Определение

теплофизических характеристик методом регулярного режима.

нестационарной

теплопроводности. Исследование процессов теплопроводности

НП

ТКО

методом аналогий.

2.6.

Теплоотдача при вынужденном движении жидкости или газа

2

4

2

[2,4]

2.6.1

и диффузионный пограничные слои.

Определение границ ламинарного и турбулентного пограничных

НП

слоев. Теплоотдача при ламинарном пограничном слое. Соотношение

Название раздела, темы, занятия; перечень изучаемых вопросов

Лекции

Практические занятия

Лабораторные занятия

Литература

толщин гидродинамического и теплового пограничных слоев. Влияние

переменности физических параметров и температуры поверхности на

теплоотдачу.

2.6.2

Режимы течения в пограничном слое при поперечном омывании

цилиндра и их связь с теплоотдачей. Влияние отрыва пограничного

слоя. Характер изменения теплоотдачи по окружности цилиндра при

различных условиях обтекании. Влияние степени турбулентности

набегающего потока и угла атаки. Основные типы пучков труб.

Ламинарное и турбулентное течение жидкости в пучках. Ламинарный,

смешанный и турбулентный режимы обтекания.

2.6.3

Особенности течения и теплообмена в трубах. Ламинарный и

турбулентный режимы. Участки гидродинамической и тепловой

стабилизации. Стабилизированное течение. Вязкостный и вязкостно-

гравитационный режимы течения. Аналитические методы расчета

теплоотдачи при стабилизированном течении в трубах. Теплоотдача

НП

ТКО

при ламинарном и турбулентном режимах течения жидкости в гладких

сечения. Расчетные уравнения.

Переходный режим. Теплоотдача при течении жидкости в трубах

некруглого поперечного сечения и в изогнутых и шероховатых трубах.

2.7.

Теплоотдача при свободном движении жидкости или газа

2

4

2

[2,4]

2.7.1

Факторы, обуславливающие свободное движение. Распределение

температур и скоростей. Характер движения жидкости вдоль

НП

ТКО

вертикальной стенки. Изменение

коэффициента теплоотдачи

Лекции

Практические занятия

Лабораторные занятия

Литература

высоте стенки. Характер движения жидкости вблизи горизонтальных

при

естественной конвекции. Методика расчета теплоотдачи при

естественной конвекции в ограниченном пространстве.

2.8.

Теплообмен излучением

2

4

2

[2,4]

2.8.1

Природа теплового излучения. Основные понятия и определения:

поток излучения; поверхностная и спектральная плотность потока

излучения; интенсивность (яркость) излучения; поглощательная;

отражательная и пропускная способности тела. Виды потоков

излучения.

2.8.2

Законы излучения абсолютно черного тела: Закон Планка, закон Вина,

закон Стефана-Больцмана. Серое тело. Степень черноты. Закон

Кирхгофа для монохроматического и интегрального излучения. Закон

Ламберта.

2.8.3

Коэффициенты облученности и взаимные поверхности излучения.

Геометрические свойства потоков излучения. Методы определения

коэффициентов облученности.

2.8.4

Теплообмен излучением в замкнутой системе, состоящей из двух

серых тел: общий случай; тела, из которых одно находится в полости

другого; тела с плоскопараллельными поверхностями. Применение

экранов.

2.8.5

Зональный метод расчета теплообмена излучением. Особенности

НП

ТКО

теплообмена излучением в поглощающих средах. Расчет теплообмена