УМКД Теплотехника / 05-РП, 150405.65, ОФ

Теплотехника: Программа учебной дисциплины для студентов специальности 150405.65 «Машины и оборудование лесного комплекса» направления 151000 «Технологические машины и оборудование» / Сост. Зырянов М.А., Орлов А.А, Мансуров С.В. - Лесосибирск: Лф СибГТУ,- 2009.- 17 с

Составитель: ассистент кафедры ИТС Зырянов М.А. к.т.н., доцент Орлов А.А.

к.т.н., доцент Мансуров С.В.

Утверждена на заседании кафедры информационных и технических систем протокол № 2 от « 5 » октября 2009 г.

Рекомендована к изданию научно-методическим советом протокол № 6 от « 7 » октября 2009 г.

5

ВВЕДЕНИЕ

Изучение курса «Теплотехника» предусмотрено структурой учебного плана для специальности 150405.65 «Машины и оборудование лесного комплекса» направления 151000 «Технологические машины и оборудование». Курс тесно связан и опирается на такие ранее изученные дисциплины как «Физика», «Высшая математика».

Программа курса составлена в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта.

Целью настоящего курса является теоретическая и практическая подготовка будущих специалистов по методам получения, преобразования и использования тепловой энергии в такой степени, чтобы они могли выбирать и при необходимости эксплуатировать теплотехническое оборудование предприятий лесотехнического комплекса. Специалист должен уметь решать задачи максимальной экономии топливно-энергетических ресурсов, материалов, интенсификации и оптимизации технологических процессов и использования ВЭР.

Курс предусматривает изучение, как фундаментальных основ дисциплины, как и материала прикладного характера. В связи с этим курс включает следующие разделы «Техническая термодинамика», «Теплопередача» и «Котельные установки». В последнем освещаются темы, связанные с решением проблем теплоснабжения предприятий.

Программой предусмотрено чтение лекций и проведение лабораторных занятий. В ходе изучения данного курса студент слушает лекции, посещает и выполняет лабораторные работы, занимается самостоятельно. Особое место в овладении данным курсом отводится самостоятельной работе, связанной с выполнением расчетно-графических работ по темам: «Расчет термодинамического газового цикла», «Расчет термодинамического парового цикла», «Теплопередача через многослойную плоскую стенку».

В результате изучения курса студент должен знать законы получения и преобразования энергии, методы анализа эффективности использования тепловой энергии, принципы работы теплоиспользующих установок.

Для студентов специальности 150405.65 курс «Теплотехника» общим объемом 72 часа изучается в течение пятого семестра. Изучение курса завершается экзаменом.

Студенты направления 150400 изучают дисциплину в пятом семестре в объеме 85 часов. Изучение курса завершается экзаменом.

6

1 Тематический план курса «ТЕПЛОТЕХНИКА»

Таблица 1.1 - Тематический план специальности 150405.65 «Машины и оборудование лесного комплекса»

7

Таблица 1.2 - Тематический план направления 151000 «Технологические машины и оборудование»

8

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ «ТЕПЛОТЕХНИКА»

РАЗДЕЛ 1. ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА (Модуль 1)

Тема 1.1 ПРЕДМЕТ И МЕТОД ТЕРМОДИНАМИКИ. ИДЕАЛЬНЫЕ ГАЗЫ И ИХ СМЕСИ

Рабочее тело. Основные параметры состояния. Термодинамический процесс. Равновесные и неравновесные процессы. Обратимые и необратимые процессы.

Определение идеального газа. Уравнение состояния. Газовая постоянная. Закон Дальтона. Способы задания смесей. Парциальный объем смеси. Определение молекулярной массы смеси и ее газовой постоянной. Связь между объемными и массовыми долями. Определение парциальных давлений смеси. Теплоемкость идеального газа. Зависимость теплоемкости от температуры. Средняя и истинная теплоемкости. Теплоемкость газовой смеси.

Тема 1.2 ПЕРВЫЙ И ВТОРОЙ ЗАКОНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ

Формулировка первого закона термодинамики. Аналитическое выражение первого закона через внутреннюю энергию. Внутренняя энергия идеального газа как функция состояния газа. Изменение внутренней энергии идеального газа. Работа термодинамического процесса. P,v- диаграмма идеального газа. Определение работы в Р,v-диаграмме. Энтальпия идеального газа как функция состояния тела. Изменение энтальпии идеального газа. Аналитическое выражение первого закона термодинамики через энтальпию. Основы термодинамики потока (открытые системы). Второй закон термодинамики. Сущность второго закона термодинамики и основные его формулировки. Аналитическое выражение второго закона термодинамики. Энтропия как функция состояния. Изменение энтропии идеального газа. Система координат T,s. Определение теплоты в этой диаграмме. Термодинамические процессы с идеальным газом (изобарный, изохорный. изотермный, адиабатный и политропные). Аналитическое исследование и их графическое изображение в P,v- и T.s – диаграммах.

Тема 1.3 ПОЛИТРОПНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ЦИКЛЫ

Уравнение политропного процесса. Показатель политропы. Теплоемкость политропного процесса. Классификация политропных

9

процессов. Определение энергетических характеристик политропных процессов. Круговые термодинамические процессы (циклы). Прямые и обратные циклы. Обратимые и необратимые циклы. Оценки эффективности прямого и обратного циклов. Прямой обратимый цикл Карно. Теорема Карно. Среднеинтегральные температуры подвода и отвода теплоты. Изменение энтропии и работоспособность изолированной термодинамической системы. Понятие об эксэргии.

Тема 1.4 РЕАЛЬНЫЕ ГАЗЫ И ПАРЫ. ИХ СВОЙСТВА. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Водяной пар. Основные определения. Процесс парообразования в P,v- и Т,s-диаграммах. Теплота парообразования. Свойства в критической точке. Определение параметров воды и водяного пара. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. Р,t-диаграмма водяного пара. Тройная точка. Расчет основных процессов водяного пара с помощью таблиц и h,s- диаграммы.

РАЗДЕЛ 2. ТЕПЛОПЕРЕДАЧА (Модуль 2)

Тема 2.1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Предмет и задачи теории теплообмена. Значение теплообмена в промышленных процессах, в частности при обработке древесины. Основные понятия. Виды переноса теплоты.

Тема 2.2 ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

Основные понятия. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности. Механизм переноса теплоты в реальных телах. Уравнение Фурье. Условия однозначности. Коэффициент температуропроводности. Теплопроводность при стационарном режиме. Теплопроводность однослойной и многослойной плоской и цилиндрической стенок при граничных условиях 1 рода.

Тема 2.3 ТЕПЛОПЕРЕДАЧА

Теплопередача через однослойную и многослойную плоскую и цилиндрическую стенки. Коэффициент теплопередачи. Термические сопротивления. Методы интенсификации теплопередачи.

10

КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН

Основные понятия и определения. Уравнение Ньютона-Рихмана. Коэффициент теплообмена.

Основы теории подобия. Основные определения. Условия подобия физических явлений. Критериальные уравнения. Определяющие критерии. Физический смысл основных критериев подобия. Понятия о математическом моделировании.

Теплоотдача при вынужденном движении жидкости. Теплообмен при движении вдоль плоской поверхности. Теплоотдача при ламинарном и турбулентном пограничном слое. Критериальные уравнения. Теплоотдача при вынужденном движении жидкости в трубах. Коэффициент теплообмена при поперечном омывании одиночной круглой трубы, пучка труб коридорно- и шахматно- расположенных. Критериальные уравнения.

Теплоотдача при свободном движении жидкости. Теплоотдача в неограниченном объеме, ламинарная и турбулентная конвекция у вертикальных поверхностей. Естественная конвекция у горизонтальных труб. Теплообмен в замкнутых объемах. Критериальные уравнения.

Тема 2.5 ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ. ТЕПЛОВЫЕ И МАТЕРИАЛЬНЫЕ БАЛАНСЫ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ.

Методы составления материальных и тепловых балансов различного назначения. Принципы работы ТА (кожухотрубные, смесительного типа регенеративного типа, испарители, выпарные устройства и др.).

РАЗДЕЛ 3 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ И КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ (Модуль 3)

Тема 3.1 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА. КОНВЕКТИВНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА

Характеристики потребителей тепловой энергии. Тепловые нагрузки. Принципиальные тепловые схемы производственно-отопительных котельных. Котельные агрегаты, их назначение. Принципиальная схема котельной установки, ее основные элементы и компоновка. Схемы движения воды, пароводяной смеси, пара, воздуха, топлива, продуктов сгорания. Основные характеристики установок, их классификация по производительности, параметрам пара и характеру движения воды.