Учебное пособие: Теоретичні основи теплотехніки

Учебное пособие: Теоретичні основи теплотехніки

1. Характеристика курсу

Дистанційний курс “Термодинаміка та теплотехніка ”

Загальна кількість кредитів: національних 2

ECTS 3,5

Лекційне навантаження 32 год.

Лабораторне навантаження 16 год

Практичне навантаження (кількість годин навчального навантаження необхідно узгоджувати з інструктором курсу)

Автор та інструктори курсу – Стадник Ігор Ярославович, кандидат технічних наук, доцент, доцент кафедри обладнання харчових технологій.

Курс дистанційного навчання призначений для студентів напрямів

6.0925 "Автоматизація та комюторно-інтегрована техніка",

Стислий зміст дистанційного курсу

Мета дисципліни - Ціллю вивчення дисципліни являється одержання знань і вмінь, необхідних для розуміння і розрахунків теплових процесів, аналіз основних термодинамічних процесів,вивчення загальних закономірностей теплообміну і шляхів інтенсифікації, вивчення методів оцінки енерготехнолопчних система різних галузях промисловості

Основні задачі дисципліни стосовно освіти бакалавра можна сформулювати таким чином:

Одержати навики в експериментальному рішенні практичних задач по розповсюдженню при зварюванні плавленням теплоти, що виділяється при утворенні зварного з'єднання, проведенні вимірювань та користування сучасним математичним апаратом.

Дисципліна Термодинаміка і теплові процеси при зварюванні" являється базовою в підготовці інженерів-механіків по спеціальності "Технологія та устаткування зварювання, прилягає до курсу "Теорія зварювальних процесів'' і являється його складовою частиною.

2. Структура дистанційного курсу

- характеристика курсу

- методичні рекомендації щодо роботи з курсом

- робоча навчальна програма з потижневим плануванням

- навчальні модулі курсу

Mодуль 1. Характеристичні функції та диференційні рівняння термодинаміки

Тема 1.1. Основи технічної термодинаміки. Значення теплоенергетики в народному господарстві Мета і завдання курсу Основні визначення технічної термодинаміки Робоче тіло і параметри стану.

Тема 1.2 Основні закони ідеальних газіві газових сумішей. Рівняння стану ідеального газу Газові суміші Способи задання складу газових сумішей Парціальний тиск і об'єм Закон Дальтона Теплоємність газів і газових сумішей Фізична суть теплоємності, масова, об'ємна і мольна теплоємності Ізохорна і ізобарна теплоємності Залежність теплоємності від температури

Тема 1.3 Реальні гази Властивості водяної пари. Рівняння стану реального газу Ван-дер-Ваальса, рівняння Вукаловичаї Новикова Властивості і характеристики водяної пари, р-t діаграма Зображення процесу пароутворення в р-v, Т - s , h-s діаграмах

Тема 1.4 Термодинамічні властивості вологого повітря. Абсолютна і відносна вологість Вологовміст повітря Співвідношення між основними характеристиками р-s діаграма водяної пари у вологому повітрі h-d діаграма вологого повітря Термодинамічні процеси у вологому повітрі Визначення параметрів вологого повітря Визначення параметрів вологого повітря по Н-d діаграмі

Тема 1.5 Перший закон термодинаміки, процеси в ідеальному газі. Внутрішня енергія газу як функція стану Термодинамічна робота стиснення і розширення Роботазмінитиску Зміна внутрішньої енергії Формулювання і математичний зміст першого закону термодинаміки, його фізична суть Дослідження термодинамічних процесів на основі першого закону термодинаміки Зображення процесів_р-v, Т - s, і h-s координатах

Тема 1.6 Другий закон термодинаміки. Умови перетворення теплоти в роботу Фізична суть П-го закону термодинаміки Формулювання основних принципів побудови теплового двигуна Цикл Карно в р-v, Т - s координатах Термічний ккд циклу Теорема Карно Математичний зміст II-го закону термодинаміки Принцип зростання ентропії в необоротних процесах Закон Гюі-Стодоли

Тема 1.7 Витікання газів і водяної пари. Перший закон термодинаміки для потоку газу, або пари Зміна кінетичної енергії пари при витіканні Швидкість газу навиході із сопла, витрата газу через сопло Критична швидкість витікання і масовий розхід Витікання через сопла

Тема 1.8. Дроселювання газів і водяної пари. Характеристика процесу дроселювання Дроселювання реальних газів Диференціальний і інтегральний дросель ефект Температура і точка інверсії Практичне використання процесів дроселювання Розрахунок процесів дроселювання водяної пари з використанням Н-s діаграми

Лабораторне заняття №1. Ознайомлення з лабораторією, розприділення лабораторних робіт по підгрупах, проведення інструктажу з техніки безпеки.

Лабораторне заняття №2. Дослідження процесів вологого повітря Лабораторне заняття №3. Дослідження процессу адіабатного витікання газу (повітря) через сопло

Mодуль 2 Термодинаміка та теплопередача.

Тема 2.1. Теорія теплообміну . Теплопровідність Закон Фур'є Коефіцієнт теплопровідності Диференційне рівняння теплопровідності, умови однозначності Теплопровідність плоскої і циліндричної стінок Теплопровідність тіл із внутрішнім джерелом те плоти Нестаціонарна тепло провідність

Тема 2.2 Теплопередача. Рівняння теплопередачі Визначення коефіцієнта теплопередачі для плоскої і циліндричної стінки Критичний діаметр теплопередачі Шляхи інтенсифікації теплопередачі Типи теплообмінників Основи розрахунку теплообмінників

Тема 2.3. Конвективний теплообмін. Закон Ньютона-Ріхмана, коефіцієнт тепловіддачі Теорія подібності явищ Теореми подібності Критерії подібності Критеріальні рівняння вільної і вимушеної конвекції. Променистийтеплооомін. Закони променистого теплообміну тіл Теплообмін між тілами розділеними прозорим середовищем Теплообмін випромінюванням прн наявності екрану

Лабораторне заняття №4. Дослідження теплообмінного апарату

Лабораторне заняття №5 Тепловіддача горизонтальної труби при вільному русі повітря

Mодуль 3 Інженерне забезпечення підприємства.

Тема 3.1. Парові котли і котельні агрегати, його схеми і елементи.

Тема 3.2.Паливо і процеси горіння палива .Характеристика палива, способи надання робочого складу палива Основні положення теорії горіння палива Особливості горіння палива різних видів Витрати повітря на процес горіння Загальна кількість продуктів згорання Визначення ентальпії продуктів згорання і температури горіння

Тема 3.3. Цикли двигунів внутрішнього згорання.

Тема 3.4.Термодинамічні цикли паросилових установок. Цикл Ренкіна для ПСУ Схема циклу Ренкінаї зображення и в р-v і Т—s координатах Визначення основних процесів циклу Ренкіна Термічний ккд циклу Методи підвищення термічного ккд циклу Цикл з вторинним перегрівом пари, регенераційний, теплофікаційний цикли ПСУ

Тема 3.5. Ідеальні циклитеплових машин. Схема ГТУ і зображення циклу ГТУ в_р-уі Т—s координатах Основні процеси циклу ГТУ «відкритого» типу Термічнийккд циклу ГГУ Переваги і недоліки ГТУ «відкритого» типу, и практичне використання Схема поршневого одноступеневого компресора Зображення процесів стиснення в р-v і Т—s координатах Визначення роботи стиснення в різних процесах

Лабораторне заняття №6. Вимірювання температур термопарами.

Лабораторне заняття №7 Визначення коефіцієнта теплопровідності твердих тіл

Лабораторне заняття №8 Захист лабораторних робіт

- КОМПЮ’ТЕРНЕ ТЕСТУВАННЯ (включає модульні та підсумковий тест)

- ВИМОГИ ТА МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ ЩОДО АТЕСТАЦІЇ

- ГЛОСАРІЙ (термінологічний словник)

- СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

М.Михеев, И.Михеева. Краткий курс теплопередач и, 1961.

А. Баскаров й др. Общая теплотехника, 1963.

Н.Кираковский, М.Недужий. Лабораторний практикум по курсу общей теплотехники, 1966.

Є.Міговк та В.Єресько, Лабораторні роботи з загальної теплотехніки, 1960.

Конспект лекцій

Методичні вказівки до лабораторних робіт

3. Методичні вказівки для роботи з курсом

Інструктор вітає Вас нас сторінці курсу дистанційного навчання „Термодинаміка та теплотехніка”.

Контакта інформація інструктора:

кафедра ОХ( корпус 2, ауд. 30). Робочий телефон – 25-17-89.

e-mail Stadnuk@tstu.edu.ua

Вивчення дисципліни допоможе знаходити оптимальні технологічні, інженерні, проектно-конструкторські рішення, виходячи з енерго- та ресурсозбереження, прогнозувати і оцінювати можливі негативні наслідки діючих виробничих підприємств і тих що проектуються, вчасно виявляти і коректувати недосконалі технологічні процеси, які завдають збитків навколишньому середовищу і загрожують здоров‘ю населення.

Коротка інструкція щодо роботи із курсом

Матеріал курсу розбито на окремі модулі в межах однієї загальної теми.

Для успішної роботи із курсом дистанційного навчання студент повинен якісно опрацювати в межах кожного із змістовних модулів лекційний матеріал, виконати завдання, запропоновані у лабораторних роботах, підготувати реферати на семінари та здати тестування після кожного із модулів, наведених у робочій програмі. Виконані лабораторні роботи студент надсилає інструктору через електронну пошту. Так само студента буде повідомлено про результати. Лабораторні роботи потрібно виконувати від першої до останньої (згідно матеріалу відповідних лекцій та методичних вказівок), в порядку їх представлення в структурі курсу. Необхідні дані для виконання робіт береться додатково і інструктора, тобто параметри, основні складові для розв’язання поставленої мети. Після здачі матеріалу першого модуля студент допускається до опрацювання наступного.

Остаточне вивчення курсу закінчується здачею завершального тесту, за результатами якого студент має можливість отримати залікову оцінку.

Вся необхідна інформація щодо роботи зібрана у відповідних розділах дистанційного курсу:

–робоча програма з потижневим плануванням,

–лекційний матеріал,

–лабораторні роботи,

–список необхідної літератури,

–термінологічний словник.

Для кращого засвоєння матеріалу курсу рекомендується використовувати інформацію з мережі Internet.

Порядок та графік консультацій

Консультації за окремими розділами курсу проводяться згідно встановленого графіка. Студент має можливість змінити час консультації, попередньо узгодивши це з інструктором через електронну пошту.

Після успішного завершення навчання за матеріалами курсу, студент повинен знати:

основні величини, які характеризують термодинамічний стан системи, їх фізичну суть, співвідношення між ними,

закони термодинаміки,

властивості ідеальних газів і газових сумішей,

основні термодинамічні процеси ідеальних газів,

властивості реальних газів,

особливості термодинамічних процесів для реальних газів,

принцип побудови діаграм для водяної пари і вологого повітря,

-закономірності витікання і дроселювання газів і пари,

теоретичні цикли паросилових установок, двигунів внутрішнього згорання,

- види теплообміну втехнолопчних системах, закони теплообміну, шляхи інтенсифікації теплообміну,

методи оцінки еф ективності енерготехнолопчних систем

Мета самостійної роботи – навчити студентів самостійно працювати з літературою, технічною інформацією, вміти виконувати розрахунки стосовно термодинамічних процесів, у стислій формі(реферат) викласти ті чи інші положення удосконалення механізму управління тепловими процесами, виходячи із змісту теми.

Інструкцію „Як готуватися до екзамену”

Підготовка до екзамену включає поглиблене вивчення тем змістовних модулів, виконання самостійних завдань в процесі підготовки до лабораторних робіт, а також опрацювання тестових завдань при захисті робіт та здачі модульного контролю.

4. Робоча навчальна програма з потижневим плануванням

НАВЧАЛЬНІ МОДУЛІ КУРСУ

Титульний лист

Розподіл навчального часу та зміст модулів дисципліни (1,2,3)

Потижневий розклад дистанційного курсу

Вимоги до атестації

5. Потижневий розклад дистанційного курсу навчання

Оцінювання. При вивченні курсу «Термодинаміка та теплотехніка» використовується 100-бальна шкала; методи оцінювання: поточне опитування (з допомогою on-line чату чи off-line форуму); тестування за матеріалами кожного модуля; оцінювання виконання індивідуальних завдань та лабораторних робіт; після вивчення всього курсу – підсумкове залікове тестування.

6. Рейтингова система оцінювання навчальних досягнень студента

Модуль 1 ( 25 балів)

Лабораторні заняття ( по 5 балів=10)

Модульний тестовий контроль №1 ( 15 балів)

Модуль 2 ( 25 балів)

Лабораторні заняття ( по 5 балів=10)

Модульний тестовий контроль №2 ( 15 балів)

Модуль 3 ( 25 балів)

Лабораторні заняття ( по 5 балів=10)

Модульний тестовий контроль №3 (15 балів)

Підсумковий тестовий контроль ( 25 балів)

7. Вимоги та методичні рекомендації щодо атестації студентів

Для успішного засвоєння матеріалу курсу і, як наслідок, здачі екзамену у вигляді завершального тестування студент повинен дати мінімум 2/3 правильних відповідей на тести, які бдуть проводитися після опрацювання матеріалу кожного змістовного модуля.

Оцінювання. При вивченні курсу «Термодинаміка та теплотехніка» використовується 100-бальна шкала; методи оцінювання: поточне опитування (з допомогою on-line чату чи off-line форуму); тестування за матеріалами кожного модуля; оцінювання виконання індивідуальних завдань та лабораторних робіт; після вивчення всього курсу – підсумкове залікове тестування.

8. Перелік рекомендованої літератури

1.  М.Михеев, И.Михеева. Краткий курс теплопередачи, 1961.

2.  Баскаров й др. Общая теплотехника, 1963.

3.  Н.Кираковский, М.Недужий. Лабораторний практикум по курсу общей теплотехники, 1966.

4.  Є.Міговк та В.Єресько, Лабораторні роботи з загальної теплотехніки, 1960.

5.  Конспект лекцій

6.  Методичні вказівки до лабораторних робіт

Передмова

Посібник “Теоретичні основи теплотехніки” складений в об'ємі лекційного курсу (36 годин) по однойменній дисципліні для студентів напрямку "Інженерна механіка". Посібник складений у відповідності анотації до навчалшої програми.

В посібнику висвітлені основні питання технічної термодинаміки і теорії теплообміну, які забезпечують подальше засвоєння спеціальних дисциплін, враховуючи низку спеціальностей за напрямком “інженерна механіка” а також загальнотехнічну підготовку спеціалістів.

1. Основні положення термодинаміки

1.1 Загальні поняття

Теплотехніка, як наука вивчає методи використання хімічної енергії палива, закони перетворення цієї енергії в теплову, речовини, які приймають участь в цих перетвореннях, а також принципи роботи і конструкції машин і апаратів, які служать для перетворення хімічної енергії в теплову і механічну.

Курс 'Теоретичні основи теплотехніки'' складається із двох розділів: технічна термодинаміка і теорія теплообміну.

Технічна термодинаміка є феноменологічною теорією макроскопічних процесів, які супроводжуються перетворенням енергії.

Першою роботою, яка положила початок розвитку термодинаміки була робота С.Карно. "Роздуми про рушійну силу вогню і про машини, які можуть розвивати цю силу".

Карно поставив питання: "чи обмежена рухома сила теплоти чи вона не має границь; чи має межу можливе удосконалення машини, межу, яку неможливо перейти по самій природі речей ніяким чином, або ж навпаки ці покращення можуть бути безмежно продовженими."

Термодинаміка вивчає властивості тіл не опираючись на будь-які представлення про їх структуру. Вона не розглядає механізм явищ, не цікавиться внутрішньою будовою тіл. Вона досліджує явища які безпосередньо спостерігаються на практиці і проходять з тілами, масштаби яких звичні для людини. Вона оперує тільки з такими величинами, які можуть бути безпосередньо виміряні, або вивчені за допомогою інших залежностей.

Термодинамічною системою називається сукупність матеріальних тіл, які є об'єктом вивчення і знаходяться у взаємодії з навколишнім середовищем

Під рівновагою системи розуміють такий стан, при якому у всіх точках об'єму тиск, температура, питомий об'єм та всі інші властивості одинакові.

За участю окремих тіл, які входять в термодинамічну систему, їх поділяють на робочі тіла (РТ), джерела теплоти (ДТ) і об'єкти роботи (ОР).

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9