МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по дисциплине " Теория тепломассообмена "
Харьков –2015
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................... 3
Раздел 1. ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА................................................. 3
Раздел 2. ТЕПЛОПЕРЕДАЧА.............................................................................. 5
Раздел 3. ПАРОВЫЕ ТУРБИНЫИ ГАЗОТУРБИННЫЕ УСТАНОВКИ............. 5
Раздел 4. ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ДВС)…..6
Раздел 5. КОМПРЕССОРНЫЕ УСТАНОВКИ……………………………………..6
Раздел 6. ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫИ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ........................................................................................................... 6
Библиографический список.............................................................................. 18
ВВЕДЕНИЕ
Энергетика и ее значение в народном хозяйстве. Тепловые установки и их роль в энергетике страны. Топливные ресурсы и топливный баланс. Энергетика и перспективы ее развития. Энергетическое и технологическое использование топлива.
История развития теплоэнергетики и теплотехники как ее теоретичес-кой базы. Роль ученых в развитии теплотехники.
Раздел 1. ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
Введение. Предмет технической термодинамики. Основные определения. Основные параметры состояния.
Основные законы идеальных газов. Уравнение состояния идеального газа. Характеристическая газовая постоянная. Универсальная газовая постоянная.
Понятие об уравнении состояния реального газа.
Смеси идеальных газов. Понятие о газовой смеси. Способы задания смеси газов. Соотношение между массовыми и объемными долями. Определение кажущейся молекулярной массы смеси газов. Уравнение состояния для смеси газов. Определение парциальных давлений.
Теплоемкость идеальных газов. Основные определения. Зависимость теплоемкости от температуры. Средняя и истинная теплоемкость. Теплоемкость при постоянном давлении и постоянном объеме. Определение количества тепла. Теплоемкость смеси идеальных газов.
Первый закон термодинамики. Определение термодинамического процесса. Равновесный и неравновесный процессы. Обратимый и необратимый процессы. Изображение термодинамических процессов в pv-диаграмме. Работа расширения или сжатия газа. Внутренняя энергия как функция состояния рабочего тела. Энтальпия идеальных газов. Сущность Первого закона термодинамики. Аналитическое выражение Первого закона термодинамики в двух формах записи: dq = dи + рdv и dq = di - vdр.
Понятие об энтропии идеального газа как функции состояния. Ts-
диаграмма. Графическое изображение теплоты процесса в Ts-диаграмме.
Процессы изменения состояния идеальных газов. Основные процессы: изохорный, изобарный, изотермический, адиабатный. Аналитическое исследование этих процессов и графическое изображение в рv- и Ts-диаграммах. Политропные процессы и их анализ.
Второй закон термодинамики. Круговые термодинамические процессы (циклы). Прямые и обратные циклы. Оценка эффективности прямого и обратного циклов. Прямой и обратный обратимые циклы Карно. Теорема Карно.
Среднеинтегральная температура подвода и отвода тепла в цикле. Сущность Второго закона термодинамики и его основные формулировки. Аналитическое выражение Второго закона термодинамики. Возрастание энтропии конечной изолированной системы в необратимых процессах. Опровержение идеалистической теории о «тепловой смерти» вселенной.
Водяной пар. Основные определения. Процесс парообразования в рv- и Ts-диаграммах. Определение параметров воды и водяного пара. Таблицы воды и водяного пара, is-диаграмма водяного пара. Расчет основных термодинамических процессов водяного пара с помощью таблиц и is-диаграммы.
Истечение газов и паров. Основные понятия. Уравнение Первого закона термодинамики для потока. Работа проталкивания. Связь между приращением кинетической энергии потока и технической (располагаемой) работой. Адиабатное течение в соплах. Скорость и массовый расход газа при адиабатном истечении. Исследование адиабатного истечения идеального газа из суживающегося сопла. Критическое отношение давлений. Критическая скорость и критические параметры газа при течении его в сопле. Сопло Лаваля. Особенности его расчета. Расчет истечения водяного пара из суживающихся сопел и сопла Лаваля с помощью таблиц и is-диаграммы. Действительный процесс истечения.
Дросселирование (мятие) газов и паров. Сущность процессов дросселирования. Изменение параметров в процессе адиабатного дросселирования. Условное изображение процесса дросселирования в is-диаграмме. Практическое использование процесса дросселирования.
Влажный воздух. Определение влажного воздуха. Абсолютная и относительная влажность воздуха. Влагосодержание воздуха. Температура точки росы. Удельный объем и энтальпия влажного воздуха, id-диаграмма влажного воздуха. Простейшие случаи ее применения.
Термодинамические основы компрессорных машин. Рабочий процесс идеального компрессора. Работа, затрачиваемая на привод одноступенчатого компрессора при изотермическом, адиабатном и политропном сжатии. Влияние объема вредного пространства на работу компрессора. Многоступенчатый компрессор. Изображение в рv- и Ts-диаграммах термодинамических процессов, протекающих в компрессорах.
Циклы тепловых двигателей и теплоэнергетических установок. Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания и их анализ. Циклы газотурбинных установок (ГТУ). Методы повышения КПД ГТУ.
Основной цикл паросиловых установок (цикл Ренкина). Влияние начальных и конечных параметров пара на термический КПД цикла Ренкина. Изображение этого цикла в pv- и Ts-диаграммах. Понятие о промежуточном перегреве пара.
Циклы холодильных установок. Цикл паровой компрессорной холодиль-
ной установки. Характеристика холодильных агентов, применяемых в паровых холодильных установках. Холодильный коэффициент и холодопроизводительность установки.
Раздел 2. ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
Теплопроводность. Температурное поле. Закон теплопроводности Фурье. Коэффициент теплопроводности. Теплопроводность плоской и цилиндрической стенок в стационарных условиях.
Конвективный теплообмен. Особенности течения жидкостей в условиях естественной и вынужденной конвекции. Свойства теплоносителей. Коэффициент теплоотдачи. Понятие о теории подобия. Характерные критерии и основные формулы для расчета конвективного теплообмена в различных условиях течения. Теплообмен при кипении жидкостей и конденсации паров.
Теплоперенос излучением. Основные понятия и определения. Основные законы лучистого теплообмена. Лучистый теплообмен между телами, роль экранов.
Теплопередача и теплообменные аппараты. Теплопередача через плоскую и цилиндрическую стенки. Виды теплообменных аппаратов. Рекуперативные теплообменники. Уравнения теплового баланса и теплопередачи. Средний температурный напор. Основы расчета рекуперативных теплообменников.
Раздел 3. ПАРОВЫЕ ТУРБИНЫИ ГАЗОТУРБИННЫЕ УСТАНОВКИ
Схемы устройства турбин и принципы их действия. Преобразование энергии в сопловом аппарате и на лопатках турбин. Активный и реактивный принципы работы потока пара или газа в ступени турбины. Треугольники скоростей. Баланс энергии, анализ потерь и КПД ступени турбины. Многоступенчатые турбины.
Паровые турбины. Конструктивные особенности конденсационных турбин и турбин с противодавлением, теплофикационных турбин. Характерные параметры и единичные мощности турбин.
Газотурбинные установки (ГТУ). Схема и основные элементы ГТУ. Вы-
бор степени повышения давления в компрессоре ГТУ по максимуму удельной работы и максимуму КПД. Эффективный КПД ГТУ: влияние на него температуры газа перед турбиной. КПД турбины и компрессора.
Влияние регенерации тепла уходящих газов, промежуточного охлаждения воздуха между ступенями сжатия в компрессоре и ступенчатого сгорания на экономичность ГТУ. Замкнутый цикл ГТУ. Достоинства и недостатки ГТУ и перспективы их развития.
Раздел 4. ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
(ДВС)
Принципы работы и рабочие процессы ДВС. Схемы устройства, класси-
фикация и принципы действия двигателей. Рабочий процесс различных ДВС и индикаторные диаграммы. Топливо для ДВС. Смесеобразование и зажигание.
Методы регулирования мощности двигателя.
Параметры, характеризующие работу ДВС. Среднеиндикаторное давление и индикаторная мощность двигателя. Эффективная мощность и мощность трения. Тепловой баланс и потери в двигателях. Коэффициенты полезного действия ДВС. Определение часового и удельных расходов топлива. Способы повышения мощности и экономичности ДВС; наддув.
Раздел 5. КОМПРЕССОРНЫЕ УСТАНОВКИ
Поршневые компрессоры. Рабочий процесс одноступенчатого поршневого компрессора и его действительная индикаторная диаграмма. Влияние вредного пространства и теплообмена между газами и стенками цилиндра на подачу компрессора. Коэффициент подачи. Определение производительности и мощности компрессора. Изотермический и адиабатный КПД.
Многоступенчатые компрессоры. Наивыгоднейшая степень повышения давления при многоступенчатом сжатии. Промежуточные охладители. Регулирование поршневых компрессоров.
Турбовоздуходувки и турбокомпрессоры. Многоступенчатые центробежные и осевые турбомашины, процесс сжатия в них, схема ступеней, треугольники скоростей.
Вентиляторы. Принцип действия центробежных и осевых вентиляторов, их характеристики. Классификация вентиляторов и их выбор.
Раздел 6. ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ И
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Выполнению контрольной работы должно предшествовать тщательное изучение соответствующего раздела курса "Теплотехника". При их выполнении студент должен сначала письменно ответить на контрольные вопросы, а затем решить соответствующие задачи (контрольные вопросы и условия задач должны быть переписаны в пояснительную записку).
При подготовке к зачету студенту рекомендуется проработать все контрольные вопросы и задачи, предложенные в заданиях.
Ответы на контрольные вопросы должны быть краткими. Их необходимо сопровождать формулами, графиками, схемами и эскизами конструкций. При решении задач студент указывает, по какой формуле и в каких единицах измерения определяются величины, откуда взяты подставленные в формулу значения (если они не содержатся в условиях задачи). Результаты решения сводят в таблицу.
При использовании таблиц, номограмм, эмпирических формул и других справочных материалов надо сделать ссылку на литературный источник.
В приложениях к заданию приведены справочные таблицы средних изобарных теплоемкостей некоторых газов, термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения, физических свойств сухого воздуха и воды на линии насыщения.
Вычисления всех величин проводятся в развернутом виде. Если подставляемая в формулу величина определяется по какой-либо расчетной зависимости, это промежуточное вычисление подробно записывается. Обозначения величин и терминология в пояснительной записке должны соответствовать принятым в учебниках.
Решения задач нужно иллюстрировать схемами и графиками, тщательно выполненными и подклеенными к пояснительной записке в соответствующих местах. Пояснительная записка должна иметь поля для заметок рецензента. На графиках необходимо показать все нужные числовые данные (значения давления, температуры и пр.).
Перечень вопросов
по дисциплине „Теория тепломассообмена”
1. Основные параметры рабочего тела.
2. Реальные газы, понятия идеального газа.
3. Уравнение состояния идеального газа.
4. Термодинамические процессы.
5. Внутренняя энергия газов.
6. Теплота и работа.
7. Работа газов.
8. Теплоемкость.
9. Первый закон термодинамики.
10. Энтропия.
11. Последовательность анализа термодинамических процессов.
12. Изохорный, изобарный и изотермический процессы.
13. Энтальпия газа.
14. Основные уравнения газового потока.
15. Замкнутые термодинамические процессы и их характеристика.
16. Цикл Карно.
17. Второй закон термодинамики.
18. Виды тепловых машин, методы их анализа.
19. Идеальные циклы поршневых двигателей.
20. Идеальные циклы газотурбинных установок.
21. Виды теплообмена.
22. Основные параметры рабочего тела.
23. Реальные газы, понятия идеального газа.
24. Уравнение состояния идеального газа.
25. Термодинамические процессы.
26. Внутренняя энергия газов.
27. Теплота и работа.
28. Работа газов.
29. Теплоемкость.
30. Первый закон термодинамики.
31. Энтропия.
32. Последовательность анализа термодинамических процессов.
33. Изохорный, изобарный и изотермический процессы.
34. Основной закон теплопроводности.
35. Теплопроводность плоской однородной стенки.
36. Внутренняя энергия газов.
37. Теплота и работа.
38. Работа газов.
39. Теплопроводность цилиндрической стенки
*К каждому вопросу необходимо самостоятельно выбрать задачу и объяснить решение этой задачи.
|
 |  | ||