УМКД Теплотехника / 06-РП, 150405.65, ЗФ

Министерство образования и науки ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

Лесосибирский филиал

Кафедра Информационных и технических систем

ТЕПЛОТЕХНИКА

Программа учебной дисциплины

Лесосибирск 2011

Министерство образования и науки ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

Лесосибирский филиал

Кафедра Информационных и технических систем

ТЕПЛОТЕХНИКА Программа учебной дисциплины

для студентов специальности 150405.65 «Машины и оборудование лесного комплекса»направления 151000 «Технологические машины и

оборудования» заочной формы обучения

Лесосибирск 2011

Теплотехника: Программа учебной дисциплины для студентов специальности 150405.65 «Машины и оборудование лесного комплекса» заочной формы обучения /Сост. Орлов А.А., Мансуров С.В., -Лесосибирск:

Лф СибГТУ,- 2011.- 16 с.

Составитель: к.т.н., доцент Орлов А.А. к.т.н., доцент Мансуров С.В.

Утверждена на заседании кафедры информационных и технических систем Протокол № 1 от «28» января 2011г.

Рекомендована к изданию научно-методическим советом протокол № 1 от «11» февраля 2011г.

4.Требования к уровню освоения программы и формы

5

ВВЕДЕНИЕ

Изучение курса «Теплотехника» предусмотрено структурой учебного плана для специальности 150405.65 «Машины и оборудование лесного комплекса». 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.

Курс «Теплотехника» общим объемом 72 часа изучается в течение седьмого семестра.

Изучение курса завершается экзаменом.

6

1.Тематический план курса «ТЕПЛОТЕХНИКА»

7

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

8

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 эксергии.

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 1.2 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.

9

2.4 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

10

производительности, параметрам пара и характеру движения воды. Конвективные поверхности нагрева котельных агрегатов. Пароперегреватели, их типы. Способы регулирования температуры перегрева пара. Водяные экономайзеры и воздухоподогреватели. Их конструкции.

Тема 3.2 ТОПЛИВО И ЕГО ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ. ОСНОВЫ ТЕОРИИ И РАСЧЕТ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ.

Природное топливо, его происхождение и виды. Характеристики топлива. Элементарный состав. Теплота сгорания (высшая и низшая). Содержание влаги и воды, характеристики плавления золы, выход летучих веществ, характер кокса. Приведенные зольность и влажность. Условное топливо. Характеристика основных видов ископаемых твердых топлив. Жидкое и газообразное топливо. Основные теории процессов горения топлива Горение твердого топлива, коэффициент избытка воздуха. Горение топлива в слое и во взвешенном состоянии. Топки для слоевого сжигания топлива. Горелки и топки для сжигания пылевидного топлива. Способы распыления жидкого топлива. Форсунки. Горение газообразного топлива. Горелочные устройства. Теоретическая температура горения и ее определение по H,t- диаграмме.

Тема 3.3 ТОПКИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ. ВОДНО-ХИМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ

Слоевой и факельный способы сжигания топлива. Значения коэффициента избытка воздуха. Тепловое напряжение сечения топки и ее объема. Понятие о тепловом расчете топки.

Тепловой баланс котельной установки, значения отдельных потерь. КПД котельного агрегата. Определение основных тепловых потерь в котельном агрегате (потери от механической и химической неполноты сгорания, потери в окружающую среду, потери со шлаком, потери с уходящими газами). Температура уходящих газов. Точка росы. Методы повышения КПД. Определение часового расхода топлива (условного, натурального). Подготовка питательной воды для котлоагрегатов.