МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
КАЗАХСКАЯ ГОЛОВНАЯ
АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ АКАЕМИЯ
| СОГЛАСОВАНО | УТВЕРЖДАЮ |
| Проректор по научно-методической | Проректор по учебной работе |
| работе _________________________ | _________________________ |
| “_____”____________________200_г. | “___”______________200__г. |
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине “ Теплотехника ”
специальность: 050729 - “Строительство”
специализация: “Теплогазоснабжение и вентиляция”
Алматы 2005
Рабочая программа составлена на основании типовой учебной программы дисциплины Теплотехника”, утвержденной УМО по специальностям строительства и архитектуры, протокол № 1 от 03.11.2004 г., для высших учебных заведений по специальности 050729 - “Строительство” (специализация “Теплогазоснабжение и вентиляция”) и в соответствии с рабочим учебным планом специальности, утвержденным 06 января 2005 г.
Обсуждена на заседании кафедры “Теплогазоснабжение и вентиляция”
от 15 февраля 2005 г., протокол № 8
Заведующий кафедрой В.Т. Серкин
Рабочая программа рекомендована Научно-методическим советом инженерно-экологического факультета
От 21 февраля 2005 г., протокол № 4
Председатель НМС Г.И. Ажиева
Декан ИЭ факультета К.М. Касенов
Назначение дисциплины
Дисциплина “Теплотехника” является базовой профилирующей дисциплиной для специальности 050729 “Строительство” для специализации “Теплогазоснабжение и вентиляция” в соответствии с рабочим учебным планом.
Программой дисциплины предусматривается проведение лекционных и практических занятий.
Целью и задачей дисциплины является обеспечение базовой теоретической подготовки, необходимой для усвоения основных дисциплин- специальностей ТГиВ и использования полученных знаний и навыков в профессиональной деятельности.
Программой дисциплины предусматривается проведение лекционных и практических занятий.
2.Данные о преподавателе:
Ауельбеков Сейлхан Шадибекович, ассистент профессора
Тел 20-55-55
Консультационные часы (office-hour): по расписанию консультаций СРСП на кафедре,
ауд. 262.
Время: занятия проводятся Чт.1000, 1100 – лекции;
Пт. 1100 – практические занятия
3. Данные о дисциплине:
Дисциплина “Теплотехника”
Распределение часов по рабочему учебному плану
| Курс | Семестр | Количество кредитов | Общая трудоемкость в часах | Контактные часы | СРС (час) | ||||
| Всего | в том числе | Всего | в т.ч. СРСП | ||||||
| Лекции | Практические занятия | Лабораторные занятия | |||||||
| - |
4. Пререквизиты дисциплины: для изучения дисциплины “Теплотехника” студентам необходимы знания следующих дисциплин: математика, физика, инженерные системы I, химия.
Постреквизиты дисциплины: знания данной дисциплины необходимы при изучении дисциплины „Строительная теплофизика”, “Отопление”, “Теплогенерирующие установки”, “Теплоснабжение I”, „Вентиляция и кондиционирование воздуха”.
5. Краткое описание: Дисциплина „Теплотехника”- базовая общеинженерная дисциплина при подготовке инженера- строителя по специальности ТГиВ. В данном курсе изучаются виды и закономерности процессов переноса теплоты тепловодностью, конвекцией и излучением, методы расчета теплопереноса через ограждающие конструкции и различные элементы теплотехнических устройств.
Целью и задачей дисциплины является обеспечение базовой теоретической подготовки, необходимой для усвоения основных дисциплин специальности ТГиВ и использования полученных знании и навыков в профессиональной деятельности.
В результате изучения дисциплины “Теплотехника” студенты должны
знать:
- способы переноса теплоты
- физические процессы, определяющие количество переданного тепла;
- основные количественные закономерности теплопередачи;
- способы интенсификации теплопереноса;
- методы расчета интенсивности теплообмена;
- типы теплообменных аппаратов и способы их расчета;
уметь:
- - классифицировать виды теплопереноса;
- рассчитывать температурное поле и тепловой поток;
- подбирать и рассчитывать теплообменные аппараты;
- разрабатывать меры по снижению или увеличению теплового потока.
владеть:
- навыками решения практических задач, связанных с процессами теплообмена.
Силлабус
Модуль I
Содержание лекционных занятий
Тема занятия 1. Основные понятия и определения термодинамики.
1.1.Предмет технической термодинамики. Термодинамическая система, виды систем, рабочее тело, термодинамические параметры, состояние равновесия, термодинамический процесс. Идеальный газ. Уравнение состояние – 1 час.
1.2.Газовые смеси. Способы задания состава, связь между ними. Параметры состояния газовой смеси, газовая постоянная и молекулярная масса смеси – 1 час.
Тема занятия 2. Законы термодинамики.
2.1Понятия работы в термодинамике, графическое представление в PV-диаграмме. Теплота термодинамического процесса. Понятие о теплоёмкости, виды теплоёмкости – 1час.
2.2.Теплота и работа и формы передачи энергии. Эквивалентность теплоты и работы. Формулировка и аналитическая форма первого закона термодинамики – 1час.
2.3.Внутренняя энергия. Энтальпия. Понятие об энтропии. Энтропия идеального газа. Тs-диаграмма – 1час.
Тема занятия 3. Термодинамические процессы изменения состояния идеально го газа.
3.1.Изохорный, изобарный, изотермический, адиабатный и политропный процессы, уравнение процессов – 1час.
Тема занятия 4. Второй закон термодинамики.
4.1.Основные формулировки второго закона термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Круговые процессы или циклы теплового двигателя – 1час.
4.2.Цикл Карно, определение его термического КПД. Интеграл Клаузиуса для произвольного обратимого и необратимого циклов – 1час.
Тем занятия 5. Термодинамические свойства воды и водяного пара.
5.1. Понятия насыщенного и перегретого пара. Процессы парообразования в PV и TS- диаграммах. Влажный пар, степень сухости. Перегретый пар IS-диаграмма водяного пара – 1час.
Тема занятия 6. Влажный воздух.
6.1.Влажный воздух как смесь идеальных газов. Получение расчётных выражений для газовой постоянной молекулярной массы, плотности и теплоёмкости влажного воздуха. Влага содержание, относительная влажность. Насыщенный и ненасыщенный влажный воздух. Температура точки росы – 1час.
Тема занятия 7. Циклы газовые и паровые.
71Циклы двигателей внутреннего сгорания. Циклы поршневых ДВС с изохорным, с изобарным со смешанным подводом тепла. Термический КПД циклов.
7.2.Циклы газа турбинных установок. Принципиальная схема и термодинамический цикл ГТУ с подводом тепла при постоянном давлении. Термический
КПД цикла.
7.3. Циклы паросиловых установок. Цикл Карно на водяном паре, его недостатки. Циклы Ренкина. Термически КПД цикла Ренкина – 1час.
Тема занятия 8. Основные понятия и определения теории теплообмена.
8.1. Определение процесса теплообмена. Теплопроводность, конвективный теплообмен, теплообмен излучением, сложный теплообмен – 1час.
8.2. Закон Фурье Коэффициент теплопроводности¸ его величина для газов¸ капиллярных жидкостей¸ металлов¸ диэлектриков. Теплопроводность строительных и теплоизоляционных материалов.-1 час.
8.3. Теплопроводность при стационарном режиме. Теплопроводность в плоской стенке при граничных условиях первого рода; многослойная стенка¸ термическое сопротивление теплопроводности-1 час.
Содержание практических занятий
Тема занятия 1. Термодинамические параметры состояния. Теплоемкость. – 1 час
Тема занятия 2. Газовые смеси. Первый закон термодинамики. -1 час
Тема занятия 3. Термодинамические процессы изменения состояния идеального газа - 2 часа
Тема занятия 4. Вода и водяной пар. Определение параметров с помощью термодинамических таблиц и диаграммы - 1 час
Тема занятия 5 Г азовые циклы. Циклы ДВС и ГТУ - 1 час
Тема занятия 6. Влажный воздух - 1 час
Тема занятия 7. Стационарная теплопроводность в плоской и цилиндрической стенке - 2 часа
Содержание СРС и СРСП (45-часов)
Темы СРС:
1. Основные понятие и определение термодинамики. Параметры состояния.
2. Понятие о функциях состояния и функциях процесса. Внутренняя энергия идеального и реального газов.
3. Анализ газовых процессов.
4.Прямые и обратные циклы.
5. Аналитическое выражение второго закона термодинамики.
6. Термодинамические свойства реальных газов.
7.Понятие термодинамических потенциалов, химический потенциал.
8.Свойства водяного пара. Паровые процессы.
9. Характеристики влажного воздуха. Id - диаграмма.
10.Термодинамические основы процесса сжатия на примере поршневого компрессора.
11. Циклы реактивных двигателей.
12. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Условие однозначности.
Задание на СРСП: 16 часов (1-ая часть):
1.Теплоемкость идеального газа. Виды теплоёмкости. Выражения для изменения внутренней энергии и энтальпии идеального газа.
2.Способы задания состава смеси. Закон Дальтона.
3.Аналитическая запись второго закона термодинамики для обратимых и необратимых процессов.
4.Сравнение КПД циклов с использованием TS-диаграммы.
Модуль II
Содержание лекционных занятий
Тема занятия 9. Понятие о тепловом излучении.
9.1.Особенности излучения и поглощения энергии твердыми и жидкими телами, газами. Виды лучистых потоков. Поглощательная, отражательная и пропускательная способность. Собственное, эффективное и результирующее излучение. Законы излучения абсолютно чёрного тела. Понятие серого тела, степень черноты –1час.
9.2.Закономерности теплообмена излучением при наличии поглощающей, излучающей среды. Уравнение переноса лучистой энергии. Степень черноты газообразных сред. Расчет теплообмена между газовой средой и оболочкой –1час.
Тема занятия 10. Основные понятие о конвективном теплообмене.
10.1. Конвективный теплообмен как совокупность переноса теплоты теплопроводно-
стью и конвекцией. Основные факторы определяющие интенсивность переноса теплоты конвективным теплообменом – природа возникновения течения, характер течения, режим движения, физические свойства среды, форма и размеры обтекаемого тела. Понятие о свободной и вынужденной конвекции – 1час.
10.2. Формула Ньютона - Рихмана для теплоотдачи, коэффициент теплоотдачи, основ-
ные факторы, определяющего его значения. Граничные условия третьего рода – 1 час.
10.3. Теплопроводность при граничных условиях третьего рода (ГУ Ш рода), через
плоскую и цилиндрическую стенки. Теплопередача, коэффициент теплопередачи. Термическое сопротивление теплопередачи. Критический диаметр цилиндрической стенки –1 час.
10.4. Оребрение для увеличения потока теплоты. Температурное поле тепловой поток
ребра. Перенос теплоты через односторонне-оребренную стенку при граничных условиях третьего рода. Коэффициент оребрения, коэффициент эффективности ребра. Коэффициент теплопередачи оребренной стенки – 1 час.
Тема занятия 11. Теплообменные аппараты.
11.1.Классификация теплообменных аппаратов. Основы теплового расчета теплообменников рекуперативного типа; уравнение теплового баланса, уравнение теплопередачи – 1 час.
Тема занятия 12. Конвективный теплообмен (КТО) в однородной среде.
12.1. Уравнения теплообмена, энергии, движения, неразрывности. Условия однознач-
ности. Принципиальный путь решения задачи конвективного теплообмена связанных с использованием безразмерных переменных – 1 час
12.2. Критерии, числа подобия определяемые и определяющие. Физический смысл ос-
новных критериев. Критериальные уравнение КТО – 1 час
12.3. Теплообмен при течении жидкости в трубах. Ламинарный режим течения – гид-
равлическая и тепловая стабилизация, начальный участок и участок стабилизированного течения. Теплообмен при стабилизированном ламинарном течении в трубе с круглым поперечным сечением для граничных условии первого (постоянная температура стенки) и второго (постоянная плотность теплового потока) рода – 1 час.
12.4. Теплоотдача при турбулентном течении жидкости в трубе, влияние гидродинамической структуры потока на теплоотдачу, основные расчетные зависимости. Локальный и средний коэффициенты теплоотдачи – 1 час.
12.5. Теплообмен при поперечном обтекании одиночного цилиндра и трубного пучка.
Особенности гидродинамической структуры потока при обтекании криволинейной поверхности, явление отрыва пограничного слоя – 1 час.
12.6. Теплообмен при кипении жидкости, пузырьковый и пленочный режим кипения,
кризис кипения. Физические закономерности и механизм пузырькового кипения – 1 час.
12.7. Теплообмен при конденсации пара, пленочная и капельная конденсация. Тепло-
обмен при пленочной конденсации неподвижного пара на вертикальной поверхности; волновое течение пленки конденсата. Пленочная конденсация на наружной поверхности горизонтальной трубы – 1 час.
12.8. Конвективный массообмен. Понятие о диффузионном пограничном слое. Диффу-
зионные числа Нусселта и Прандтля. Расчет плотности потока массы при течении влажного воздуха вдоль плоской поверхности и при испарении с поверхности капель. Коэффициент массоотдачи – 1час.
Содержание практических занятий
Тема занятия 8. Теплообмен излучением между телами -1 час
Тема занятия 9. Теплопередача через плоскую и цилиндрическую стенки -1 час
Тема занятия 10. Теплопередача через оребренную поверхность - 1 час
Тема занятия 11. Тепловой расчет теплообменных аппаратов -1 час
Тема занятия 12. Теплоотдача при вынужденном течении жидкости в трубе при различных режимах течения - 1 час
Тема занятия 13. Теплоотдача при поперечном обтекании трубы и пучков труб - 1 час
Тема занятия 14. Теплоотдача при естественной конвекции - 1 час
Тема занятия 15. Теплоотдача при кипении жидкости в большом объёме и при вынужденном движении в каналах- 1 час
Содержание СРС и СРСП (45-часов)
Темы СРС:
1. Законы теплового излучения.
2. Теплообмен излучением в простейших геометрических системах – параллельны поверхности, тепло оболочка.
3. Основа теории пограничного слоя. Структура потока в пограничном слое при ламинарном и турбулентном характере течения.
4. Совместный перенос теплоты конвективным теплообменом и излучением.
5. Основы теплового расчета теплообменных аппаратов регенеративного типа.
6. Дифференциальное уравнение конвективного теплообмена.
7. Изменения средней температуры жидкости вдоль канала, средний логарифмический температурный напор.
8. Конвективный теплообмен в шероховатых трубах.
Задание на СРСП: 7 часов (2 –я часть):
1. Задачи интенсификации теплообмена, путей решения.
2. Принципы гидравлического расчета теплообменных аппаратов и определения энергетических затрат на подачу теплоносителя.
3. Условия подобия физических. Теоремы подобия как краткое изложение условии подобия.
4. Теплоотдача при совместном осуществлении свободного и вынужденного движения.
5. Методика расчета коэффициента теплоотдачи при конденсации пара на горизонтальных трубных пучках и движущегося пара.
График СРС и CРCП по дисциплине
| № | Виды заданий СРС и обьем | Тема заданий СРС и СРСП | Сроки выполнения недели | |
| начало | конец | |||
| Задания к I-му рейтинговому контролю | ||||
| Коллоквиум | Теплоёмкость идеального газа. Анализ газовых процессов. | |||
| Реферат (1-2 стр.) | Обратимые и необратимые процессы | |||
| Коллоквиум | Сравнение КПД циклов | |||
| Опрос | Водяной пар. Влажный воздух. | |||
| Задания к II-му рейтинговому контролю | ||||
| Коллоквиум | Интенсификация теплообмена при естественной конвекции | |||
| Реферат (1-2 стр.) | Условия подобия физических процессов | |||
| Коллоквиум | Конвективный массообмен |
Список литературы
Основная литература:
1. В.И. Кушнырёв, В.И. Лебедев, В.А. Павленко. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Стройиздат. 1986.- 461 с.
2. Нащекин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. 3-е издание. М.: ВШ. 1980.- 469 с.
3. Теплотехника. Под редакцией Баскакова А.П. и др. М.: Энергоатомиздат. 1991.- 224 с.
Дополнительная литература:
1.Лариков Н.Н. Теплотехника М.: Стройиздат 1985.- 461 с.
2.Арнольд Л.В., Мехайловский Г.А., Селиверстов В.М. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: ВШ. 1979. – 446 с.
3.Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача., М.: Энергия 1981 - 416 с.
4. Краснощеков В.А., Сукамел А.С. Задачник по теплопередаче. М.: Энергия. 1980 –283 с.