1201
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова»
ТЕПЛОТЕХНИКА
Методические указания для самостоятельной работы бакалавров заочной формы обучения по направлениям подготовки
190600 – Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов, 190700 – Технология транспортных процессов, 250400 – Технология лесозаготовительных
и деревоперерабатывающих производств
Воронеж 2015
УДК 621.1
Попов В.М. Теплотехника [Текст]:
Методические указания для самостоятельной работы бакалавров заочной формы обучения по направлениям подготовки 190600 – Эксплуатация транс- портно-технологических машин и комплексов, 190700 – Технология транспортных процессов, 250400 – Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств/В.М. Попов: М-во образования и науки РФ.ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». Воронеж. 2015
Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» (протокол № от )
Рецензент: заведующий кафедрой электротехники и автоматизации ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ, д-р техн. наук, проф. Д.Н.Афоничев.
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение |
6 |
|
|
1.Форма и содержание самостоятельной работы |
7 |
|
|
2.Методические указания к самостоятельной работе студентов |
10 |
|
|
2.1. Техническая термодинамика. Основные понятия и положения техни- |
10 |
ческой термодинамики. |
|
|
|
2.1.1. Основные термодинамические параметры состояния газа. |
10 |
|
|
2.1.2. Уравнение состояния идеального газа. |
10 |
|
|
2.1.3. Газовые смеси. |
11 |
|
|
2.1.4.Теплоёмкость газов. |
12 |
|
|
2.1.5. Внутренняя энергия и энтальпия газов. |
12 |
|
|
2.1.6. Термодинамический процесс. Первый закон термодинамики. |
13 |
|
|
2.2. Анализ основных термодинамических процессов. |
14 |
|
|
2.2.1. Изохорный процесс. |
14 |
|
|
2.2.2. Изобарный процесс. |
14 |
|
|
2.2.3. Изотермный процесс. |
15 |
|
|
2.2.4. Адиабатный процесс. |
16 |
|
|
2.2.5. Политропный процесс и его обобщающее значение. |
17 |
|
|
2.3. Водяной пар. |
17 |
|
|
2.3.1. Процесс парообразования. P- υ диаграмма водяного пара. |
17 |
|
|
2.3.2. Энтропийные диаграммы водяного пара. |
18 |
|
|
2.4. Термодинамика потока газа или пара. |
19 |
|
|
2.4.1. Уравнение первого закона термодинамики для термодинамиче- |
19 |
ских процессов, осуществляемых при потоке газа. |
|
|
|
2.4.2. Истечение газов и паров через сопла |
19 |
|
|
2.4.3. Дросселирование газов и паров |
20 |
|
|
2.5. Термодинамические циклы теплосиловых установок. |
21 |
|
|
2.5.1. Понятие о термодинамическом цикле. Прямые и обратные |
21 |
циклы. |
|
|
|
2.5.2. Циклы паротурбинных установок. |
21 |
|
|
2.5.3. Цикл ДВС с подводом тепла при υ =const. |
22 |
|
|
2.5.4. Цикл ДВС с подводом тепла при P=const. |
23 |
|
|
4
2.5.5. Цикл ДВС с комбинированным подводом тепла. |
23 |
|
|
2.5.6. Цикл ГТУ с подводом тепла при P=const. |
24 |
|
|
2.5.7. Цикл компрессионной холодильной установки. |
25 |
|
|
2.5.8. Цикл одноступенчатого поршневого компрессора. |
25 |
|
|
3.1. Основы теории теплообмена. Теплопроводность. |
26 |
|
|
3.1.1. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности. |
26 |
|
|
3.1.2. Теплопроводность плоской однослойной стенки. |
27 |
|
|
3.1.3. Теплопроводность плоской многослойной стенки. |
28 |
|
|
3.1.4. Теплопроводность цилиндрической однослойной стенки. |
29 |
|
|
3.2. Конвективный теплообмен. |
29 |
|
|
3.2.1. Основной закон конвективного теплообмена. Коэффициент те- |
29 |
плоотдачи. |
|
|
|
3.2.2. Основные факторы, влияющие на теплоотдачу. Критериальные |
30 |
уравнения конвективного теплообмена. |
|
|
|
3.2.3. Теплоотдача в неограниченном пространстве. |
31 |
|
|
3.2.4. Теплоотдача при вынужденном движении жидкости в цилинд- |
31 |
рических каналах. |
|
|
|
3.2.5. Теплоотдача при поперечном обтекании жидкостью цилинд- |
32 |
ров. |
|
|
|
3.2.6. Теплоотдача при кипении жидкости. |
33 |
|
|
3.2.7. Теплоотдача при конденсации пара. |
33 |
|
|
3.3. Тепловое излучение. |
34 |
|
|
3.3.1. Лучеиспускательная способность тела. |
34 |
|
|
3.3.2. Закон Стефана-Больцмана. Степень черноты тела. |
35 |
|
|
3.3.3. Влияние экранов на процесс излучения. |
35 |
|
|
4.1. Теплопередача. Сложный теплообмен. |
36 |
|
|
4.1.1. Уравнение теплопередачи. Коэффициент теплопередачи. |
36 |
|
|
4.1.2. Теплопередача через однослойную плоскую стенку. |
37 |
|
|
4.1.3.Теплопередача через многослойную плоскую стенку. |
37 |
|
|
4.1.4. Теплопередача через однослойную цилиндрическую стенку. |
38 |
|
|
4.1.5. Интенсификация процесса теплопередачи. |
38 |
|
|
4.1.6. Тепловая изоляция. |
39 |
|
|
5.1. Теплообменные аппараты. |
40 |
|
|
5
5.1.1. Типы теплообменных аппаратов. |
40 |
|
|
5.1.2. Основы теплового расчёта рекуперативных теплообменников. |
40 |
|
|
5.1.3. Конструкторский расчёт теплообменных аппаратов. |
41 |
|
|
3. Теплоэнергетические установки. |
42 |
|
|
6.1.1. Энергетическое топливо. Технические характеристики топли- |
42 |
ва. Элементарный состав топлива. |
|
|
|
6.1.2. Моторные топлива для поршневых ДВС. |
43 |
|
|
6.1.3. Котельные установки, их состав. |
43 |
|
|
6.1.4. Котельные агрегаты, их разновидности. |
44 |
|
|
6.1.5. Тепловой баланс котельного агрегата. |
44 |
|
|
6.1.6. Топочные устройства, их разновидности. Сжигание топлива. |
45 |
|
|
6.1.7. Горение топлива. |
46 |
|
|
Библиографический список |
47 |
|
|
6
ВВЕДЕНИЕ
Учебным планом по направлению подготовки бакалавров 190600 – Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов, 190700 – Технология транспортных процессов, 250400 – Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств предусмотрена дисциплина «Теплотехника».
Изучение данной дисциплины позволит студентам получить знания методов производства, преобразования, передачи и использования тепловой энергии, а также принципов действия и конструктивных особенностей тепло- и парогенераторов, тепловых и холодильных машин, теплообменных аппаратов и устройств.
В соответствии с рабочими программами для студентов заочной формы обучения по дисциплине «Теплотехника» предусмотрено самостоятельное изучение материала для направлений «Эксплуатация транспортнотехнологических машин и комплексов», «Технология транспортных процессов», «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств».
7
1.ФОРМА И СОДЕРЖАНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
Врабочих программах по дисциплине «Теплотехника» для различных направлений подготовки студентов заочной формы обучения на аудиторные занятия отводится ограниченное число лекций и лабораторных работ. По этой причине большинство основных вопросов по данной дисциплине студенты обязаны изучать самостоятельно.
Для осуществления контроля самостоятельного изучения в период экзаменационной сессии предусмотрена проверка знаний студентов в форме тестовых заданий, коллоквиумов, включающих различные вопросы по изучаемым разделам дисциплины.
Дисциплина «Теплотехника» предусматривает следующие основные те-
мы:
Раздел 1. Техническая термодинамика
Глава 1. Основные понятия технической термодинамики.
1.Основные термодинамические параметры состояния газа.
2.Уравнение состояния идеального газа.
3.Газовые смеси.
4.Теплоёмкость газов.
5.Внутренняя энергия и энтальпия газов.
6.Термодинамический процесс. Первый закон термодинамики.
Глава 2. Анализ основных термодинамических процессов.
1.Изохорный процесс.
2.Изобарный процесс.
3.Изотермный процесс.
4.Адиабатный процесс.
5.Политропный процесс и его обобщающее значение.
Глава 3. Водяной пар.
1.Процесс парообразование. P – υ диаграмма водяного пара.
2.Энтропийные диаграммы водяного пара.
Глава 4. Термодинамика потока газа или пара.
1.Уравнение 1го закона термодинамики для термодинамических процес-
сов, осуществляемых при потоке газа.
8
2.Истечение газов и паров через сопла.
3.Дросселирование газов и паров.
Глава 5. Термодинамические циклы теплосиловых установок.
1.Понятие о термодинамическом цикле. Прямые и обратные циклы.
2.Циклы паротурбинных установок.
3.Цикл ДВС с подводом тепла при υ = const.
4.Цикл ДВС с подводом тепла при Р = const.
5.Цикл ДВС с комбинированным подводом тепла.
6.Цикл ГТУ с подводом тепла при Р= const.
7.Цикл компрессионной холодильной установки.
8.Цикл одноступенчатого поршневого компрессора.
Раздел 2. Основы теории теплообмена.
Глава 1. Теплопроводность.
1.Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности.
2.Теплопроводность плоской однослойной стенки.
3.Теплопроводность плоской многослойной стенки.
4.Теплопроводность цилиндрической однослойной стенки.
Глава 2. Конвективный теплообмен.
1.Основной закон конвективного теплообмена. Коэффициент теплоотда-
чи.
2.Основные факторы, влияющие на теплоотдачу. Критериальные уравнения конвективного теплообмена.
3.Теплоотдача в неограниченном пространстве.
4.Теплоотдача при вынужденном движении жидкости в цилиндрических каналах.
5.Теплоотдача при поперечном обтекании жидкостью цилиндров.
6.Теплоотдача при кипении жидкости.
7.Теплоотдача при конденсации пара.
Глава 3. Тепловое излучение.
1.Лучеиспускательная способность тела.
2.Закон Стефана-Больцмана. Степень черноты тела.
3.Влияние экранов на процесс излучения.
9
Глава 4. Теплопередача. Сложный теплообмен.
1.Уравнение теплопередачи. Коэффициент теплопередачи.
2.Теплопередача через однослойную плоскую стенку.
3.Теплопередача через многослойную плоскую стенку.
4.Теплопередача через однослойную цилиндрическую стенку.
5.Интенсификация процесса теплоотдачи.
6.Тепловая изоляция.
Глава 5. Теплообменные аппараты.
1.Типы теплообменных аппаратов.
2.Основы теплового расчёта рекуперативных теплообменников.
3.Конструкторский расчёт теплообменных аппаратов.
Раздел 3. Теплоэнергетические установки
1.Энергетическое топливо. Технические характеристики топлива. Элементарный состав топлива.
2.Моторные топлива для поршневых ДВС.
3.Котельные установки, их состав.
4.Котельные агрегаты, их разновидности.
5.Тепловой баланс котельного агрегата.
6.Топочные устройства, их разновидности. Сжигание топлива.
7.Горение топлива.
10
2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ СТУДЕНТОВ
2.1. Техническая термодинамика. Основные понятия и положения технической термодинамики.
2.1.1. Основные термодинамические параметры состояния газа.
Темы для самостоятельного изучения
1.Удельный объём;
2.Абсолютное давление;
3 Абсолютная температура;
4. Единицы измерения параметров состояния.
Вопросы для контроля
1.Что понимается под термином основные параметры состояния газа?
2.Дайте определение абсолютному давлению газов с точки зрения моле- кулярно-кинетической теории.
3.Дайте определение температуре газов с точки зрения молекулярнокинетической теории.
4.Какие шкалы температур применяются в технике?
5.Какие различия между терминами избыточное и абсолютное давление?
Основная и дополнительная литература
1.Круглов, Г.А. Теплотехника [Текст]: учеб./Г.А. Круглов, Р.И. Бугако-
ва, Е.С. Круглова. – С.- П., М.: Лань, 2010. С.6-9.
2.Шатров, М.Г. Теплотехника [Текст]: учеб./М.Г. Шатров. – М: Акаде-
мия, 2012. – С.10-17.
3.Попов, В.М. Теплотехника [Текст]: тексты лекций/В.М. Попов. Воро-
неж: ВГЛТА, 2015.-С.9-10.
2.1.2. Уравнение состояния идеального газа.
Темы для самостоятельного изучения
1.Уравнение состояния для одного килограмма газа.
2.Уравнение состояния для Мкг газа.
3.Газовая постоянная газа и её размерность.