Тема 15. Теплопередача. Теплообмінні апарати. Основи розрахунку їх. (4 години).

План.

1. Рівняння теплопередачі в диференційній і інтегральній формах.

2. Визначення кількості тепла переданого від димових газів до рідини.

3. Розрахунок поверхні нагріву теплообмінного апарата при прямоточній і протитечій ній схемах.

Література.

[4] – А.В. Черняк; Г.Б. Рибчинська „Основи теплотехніки і гідравліки” – 2008; стр.251-261.

[5] – О.М. Рабінович „Збірник задач з технічної термодинаміки” – 2006;стр.310-324.

[6] –Я. М. Гнатишин „ Теплотехніка” Навчальний посібник-2008, стр. 199-220.

Форма опрацювання: конспект, рисунки, схеми.

Форма контролю: тестування , опитування на семінарі, самостійна робота.

В результаті вивчення теми студенти повинні:

1. знати: рівняння теплопередачі, коефіцієнт теплопередачі, види теплообмінних апаратів;

2. вміти: визначити температурний напір, коефіцієнт теплопередачі, середній температурний напір.

Питання для самоконтролю.

1. Складний теплообмін.

2. Що таке середня різниця температур? Як вона розраховується?

3. Визначити температурний напір для схем руху теплоносіїв – в одному напрямку та протилежному, якщо температури гарячого теплоносія відповідно t₁' =500⁰С і t₁''=260⁰С. Температури теплоносія, який нагрівається відповідно: t₂' =25⁰С і t₂''=150⁰С.

4. Визначити температури на поверхні стінок t_ст1, t_ст2, якщо задано: температури газів t_г=900⁰С з однієї сторони і води t_в=150⁰С з другої. Коефіцієнт тепловіддачі від газів до стінки a₁=520Вт/(м²·К), а від стінки до води a₂=5200Вт/(м²·К). Товщина і коефіцієнт теплопровідності стінки відповідно дорівнюють 𝛿=12мм і λ=50Вт/(м·К).

5. Визначити поверхню нагріву теплообмінного апарата типу «труба в трубі» за таких умов: гріючий теплоносій димові гази з температурою на вході та виході відповідно t₁' =500⁰С і t₁''=280⁰С. Теплоносій, який нагрівається ,- вода, її витрата дорівнює 5кг/с, а температури t₂' =20⁰С і t₂''=190⁰С. Коефіцієнт теплопередачі К=600Вт/(м²·К). Схема руху теплоносіїв – протитечійна.

Теми для доповідей та рефератів.

1. Теплообмінні апарати.

2. Рух теплоносіїв на практиці.

3. Методи інтенсифікації процесів теплопередачі в теплообмінних апаратах.

Теоретичні питання до заліку з дисципліни «Теплотехніка»:

РОЗДІЛ 1. ОСНОВИ ТЕРМОДИНАМІКИ.

1. Основи технічної термодинаміки.

2. Робоче тіло, його основні параметри.

3. Термодинамічна система.

4. Тепловий стан.

5. Рівноважні та нерівноважні стани.

6. Термодинамічний процес.

7. Поняття про ідеальний газ.

8. Основні газові закони.

9. Рівняння стану ідеального газу.

10. Закон Авогадро.

11. Універсальна газова стала.

12. Поняття про газову суміш.

13. Закон Дальтона.

14. Склад суміші в об’ємних і масових частках, за числом молей.

15. Уявна молярна маса і газова стала газової суміші.

16. Визначення парціальних тисків.

17. Співвідношення між масовими і об’ємними долями.

18. Поняття про теплоємність.

19. Масова, об’ємна і молярна теплоємність, залежність між ними.

20. Теплоємність при сталому об’ємі та тиску.

21. Залежність теплоємності від температури і від атомності газів.

22. Формули і таблиці для визначення теплоємності газів.

23. Теплоємність газової суміші.

24. Зміст першого закону термодинаміки і його формулювання.

25. Аналітичний вираз першого закону термодинаміки.

26. Принцип еквівалентності і роботи.

27. Внутрішня енергія та її властивості.

28. Робота газу, її визначення і графічне зображення в координатах РV; ТS.

29. Ентальпія газу.

30. Ентропія газу.

31. Порядок і методи дослідження термодинамічних процесів.

32. Ізохорний , ізобарний, ізотермічний, адіабатний процеси таїх зображення в координатах РV.

33. Ізохорний , ізобарний, ізотермічний, адіабатний процеси таїх зображення в координатах ТS.

34. Політропний процес.

35. Зміст другого закону термодинаміки і його формулювання.

36. Колові процеси або цикли.

37. Прямий і зворотній цикл.

38. Цикл Карно, загальні властивості оборотних інеоборотних циклів.

39. Аналітичний вираз другого закону термодинаміки.

40. Цикл з підведенням теплоти при сталому об’ємі і сталому тиску.

41. Термічний коефіцієнт корисної дії циклів.

42. Робота газу та цикл. Порівняння циклів.

43. Цикл зі змішаним підведенням тепла.

44. Відмінність дійсних циклів від ідеальних.

45. Компресори і компресорні установки.

46. Принцип роботи компресора.

47. Робочий компресор одноступінчатого поршневого компресора і зображення його в координатах РV.

48. Робочий компресор одноступінчатого поршневого компресора і зображення його в координатах ТS.

49. Багатоступінчаті компресори.

50. Компресорні станції та їх експлуатація.

51. Ротаційні і відцентрові компресори.

52. Загальні поняття про холодильну установку.

53. Цикл парової компресорної холодильної установки.

54. Схема роботи абсорбційної холодильної установки.

55. Фізичні і хімічні властивості води.

56. Водяна пара як робоче тіло.

57. Процес утворення пари.

58. Діаграма РV для водяної пари.

59. Параметри стану рідини: вологої, сухої насиченої і перегрітої пари та кількості теплоти, необхідної для нагрівання рідини і одержання пари.

60. НS – діаграма водяної пари і зображення на ній основних термодинамічних процесів.

61. Ідеальний цикл парасилової установки.

62. Вологе повітря як суміш сухого повітря і водяної пари.

63. Основні параметри вологого повітря: абсолютна і відносна вологість, питомий об’єм, ентальпія.

64. Поняття про витікання.

65. Витікання пари.

66. Витікання газів.

67. Сопло Лаваля.

68. Дроселювання пари ігазів.

69. Схема роботи газотурбінної установки.

РОЗДІЛ.2. ОСНОВИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧІ.

70. Основи теорії теплообміну.

71. Спосіб поширення теплоти – теплопровідністю.

72. Спосіб поширення теплоти – конвекцією.

73. Спосіб поширення теплоти – випромінюванням..

74. Теплопередача.

75. Теплопровідність.

76. Температурне поле.

77. Закон Фур’є.

78. Коефіцієнт теплопровідності та його значення для ріхзних технічних матеріалів.

79. Теплопровідність плоскої та циліндричної стінок.

80. Густина теплового потоку при теплопровідності.

81. Закон Ньютона-Ріхмана.

82. Коефіцієнт теплопередачі.

83. Теплопередача при вільному і вимушеному русі рідини, за різних умов обтікання тіл.

84. Густина теплового потоку при конвективному теплообміні.

85. Поняття про абсолютне чорне, біле і сіре тіло.

86. Закон Стефана-Больцмана для абсолютно чорного і сірого тіл; ступінь чорноти тіла.

87. Вплив випромінювання газів на теплообмін.

88. Густина теплового потоку під час променистого теплообміну.

89. Теплопередача через плоску одношарову і багатошарову стінки.

90. Коефіцієнт теплопередачі і термічний опір теплопередачі.

91. Методи інтенсифікації теплопередачі.

92. Теплопередача через циліндричну стінку.

93. Теплова ізоляція.

94. Класифікація теплообмінних апаратів.

95. Порівняння прямоточних і протитечійних схем руху теплоносіїв.

96. Основи розрахунку теплообмінних апаратів.

Критерії оцінювання знань

Рівні навчальних досягнень	Бали	Критерії навчальних досягнень студентів
Початковий	2	Оцінка «незадовільно» виставляється в разі, коли студент виявив неспроможність висвітлити питання чи питання висвітлені неправильно, безсистемно, з грубими помилками, відсутні розуміння основної суті питань, висновки, узагальнення, виявлене невміння розв’язувати навчальні задачі. Студент може назвати 1-2 параметри, що характеризують робоче тіло; одиниці вимірювання фізичних параметрів; назвати формулу.
Середній	3	Оцінка «задовільно» виставляється в тому разі, коли студент у цілому оволодів суттю питань з даної теми, виявляє знання лекційного матеріалу, законодавства та навчальної літератури, намагається аналізувати факти й події, робити висновки й розв’язувати задачі. Але на занятті поводить себе пасивно, відповідає лише за викликом викладача, дає неповні відповіді на запитання, припускається грубих помилок при висвітленні теоретичного матеріалу або 3—4 логічних помилок при розв’язанні задач. Студент може репродуктивно відтворити частину фактичного матеріалу теми, основні поняття з теплотехніки, закони, формули, подані в тексті підручника або викладачем; вміти скласти умову задачі, підібрати закони та формули для їх розв'язку. За допомогою викладача послідовно викласти частину фактичного матеріалу теми.
Достатній	4	Оцінка «добре» виставляється за умови дотримання таких вимог: студент активно працює протягом практичного заняття, питання висвітлені повно, викладення матеріалу логічне, обґрунтоване фактами, з посиланнями на відповідні нормативні документи та літературні джерела, висвітлення питань завершене висновками, студент виявив уміння аналізувати факти й події, а також виконувати навчальні завдання. Але у відповідях допущені неточності, деякі незначні помилки, має місце недостатня аргументованість при викладенні матеріалу, нечітко виражене ставлення студента до фактів і подій або допущені 1—2 арифметичні і 1—2 логічні помилки при розв’язанні задач. Студент може самостійно викласти матеріал теми, завершуючи його висновками; правильно застосовувати поняття та термінологію, самостійно користуватись додатковими джерелами, працювати із таблицями, номограмами; переводити одиниці вимірювання; самостійно розв'язувати задачі згідно теми.
Високий	5	Оцінка «відмінно» виставляється, якщо студент активно працює протягом усього практичного заняття, дає повні відповіді на запитання викладача у відповідності з планом практичного заняття і показує при цьому глибоке оволодіння лекційним матеріалом, знання відповідної літератури та законодавства з питань оподаткування, здатний висловити власне ставлення до альтернативних міркувань з даної проблеми, проявляє вміння самостійно та аргументовано викладати матеріал, аналізувати явища й факти, робити самостійні узагальнення й висновки, правильно виконує навчальні завдання, допускаючи не більше 1—2 арифметичних помилок або описок. Студент вміє порівнювати зміст та характер подій, визначити окремі тенденції, робити аргументовані висновки, сприймати супротивну позицію як альтернативну. Вільно висловлює власні судження і переконливо їх аргументує, самостійно знаходить інформацію в додаткових джерелах (довідниках, нормативній літературі), вільно орієнтується в термінології; використовує набуті знання і вміння в практичній діяльності та при розв'язку задач підвищеної складності.

Література.

[1] – Б.Х. Драганов; А.А. Доменський; А.В. Міщенко „Теплотехніка”- 2005;

[2] – А.В. Чернов;Н.К. Бессребренников „Основи теплотехніки і гідравліки” – 2006;

[3] – В.Г.Ерохін; МГ. Махонько „ Збірник задач з основ теплотехніки і гідравліки” -2007;

[4] – А.В. Черняк; Г.Б. Рибчинська „Основи теплотехніки і гідравліки” – 2008;

[5] – О.М. Рабінович „Збірник задач з технічної термодинаміки” – 2006;

[6] –Я. М. Гнатишин „ Теплотехніка” Навчальний посібник-2008.