1754

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Г.Ф. МОРОЗОВА

В. М. Попов

Теплофизика и теоретическая теплотехника

Методические указания к практическим занятиям для аспирантов по направлению подготовки 03.06.01 Физика и астрономия (направленность программы Теплофизика и теоретическая теплотехника)

Рецензент: д.т.н., профессор, заведующий кафедрой промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности ВГТУ, Н.В. Мозговой

Попов, В.М. Теплофизика и теоретическая теплотехника. Методические указания к практическим занятиям для аспирантов по направлению подготовки 03.06.01 Физика и астрономия (направленность программы теплофизика и теоретическая теплотехника) [Электронный ресурс] / В.М. Попов // М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». Воронеж, 2016. – 7 с.

Методические указания являются руководством к выполнению практических работ по термодинамике, тепло- и массообмену, а также основам тепловых расчетов теплотехнических устройств и аппаратов. Методические указания предназначены для аспирантов по направлению подготовки 03.06.01 Физика и астрономия.

ВВЕДЕНИЕ

Вкурсе «Теплофизика и теоретическая теплотехника» изучаются вопросы создания и повышения эффективности функционирования теплотехнических систем, связанных с тепловыми процессами, проблемы использования современных методов моделирования тепловых процессов.

Важность изучаемого курса требует глубоких и прочных знаний, которые аспирант приобретает в процессе обучения и углубляет на практических занятиях.

Всоответствии с программой дисциплины «Теплофизика и теоретическая теплотехника» в настоящем издании приводятся указания по методике выполнения расчетов и обработке результатов согласно разделам дисциплины:

1. Техническая термодинамика.

2. Тепло- и массообмен.

3. Основы расчета тепловых аппаратов и средств тепловой защиты.

2. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

Аспирант имеет возможность приступить к выполнению практических работ после прослушивания текста лекций и самостоятельной проработки соответствующих разделов дисциплины.

По каждой отдельной теме практических занятий аспирант обязан подготовить письменный отчет по форме, представленной в методических указаниях или по требованию преподавателя.

Оформленный отчет предъявляется преподавателю для ознакомления и вынесения решения. Подписанные преподавателем отчеты по практическим работам сохраняются аспирантом и предъявляются на защите.

Аспирант должен знать цель каждой работы, ее содержание, порядок выполнения, результаты и выводы. Аспирант, не выполнивший практические работы в соответствии с программой курса, к зачету не допускается.

Объем практической работы дисциплины составляет 18 часов.

Практическая работа № 1

1. Цель работы.

Изучение раздела «Техническая термодинамика», включающего основные термодинамические параметры газа, термодинамические процессы и циклы, анализ термодинамических процессов, водяной пар, анализ термодинамических циклов ДВС, ПСУ, ГТУ, холодильной установки, поршневого компрессора.

2. Общие положения

При изучении отдельных подразделов от аспиранта требуется провести анализ данного параметра, процесса или в целом цикла, акцентируется внимание на их практической эффективности. Это в первую очередь относится к термодинамическим процессам и циклам. Так, при анализе термодинамических циклов аспирант должен уметь проанализировать возможность максимального повышения термического КПД цикла данной установки в реальных условиях.

3. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

3.1. Анализ основных термодинамических параметров газов.

Для этого используется уравнение состояния

(1)

Используя данное уравнение можно находить численные значения P, V и Т. Существенной характеристикой является теплоемкость газа. В зависимости от единицы количества газа, участвующего в процессе можно найти значения массовой, объемной или мольной теплоемкостей. В зависимости от процесса, в котором участвует газ можно, используя табличный материал, найти изобарную или изохорную теплоемкость, которые составляют уравнение Мейера.

(2)

Практический интерес представляет анализ основных термодинамический процессов: изохорного, изобарного, изотермного, адиабатного и обобщающего политропного.

Наибольший практический интерес представляет анализ этих процессов с учетом уравнения 1-го закона термодинамики.

(3)

Особую практическую направленность имеет анализ прямых термодинамических циклов. При этом ставится задача определения термодинамического КПД цикла, который в общем виде представляется:

(4)

Подобный анализ имеет своей целью показать эффективность цикла и указать на резервы его повышения.

Решается практическая задача повышения термического КПД циклов ПСУ, ДВС, ГТУ, ВРД.

Для ознакомления с осуществлением обратных циклов следует рассмотреть цикл холодильной компрессионной установки.

Отдельно рассматривается цикл одноступенчатого поршневого компрессора. При рассмотрении этого цикла следует определить наиболее выгодный вариант для процесса сжатия газа, когда имеет место минимальная затрата работы при реализации процесса.

Практическая работа № 2

1. Цель работы

Изучение раздела тепло- и массообмен, включающего способы переноса тепла теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением путем проведения расчетных операций.

2. Содержание работы

С учетом закона Фурье проводится расчет количества тепла, передаваемого через однослойные и многослойные плоские и цилиндрические стенки.

(1)

На основании закона Ньютона-Рихмана

(2)

Проводится расчет количества тепла передаваемого от жидкости к стенке или наоборот конвективным теплообменом в неограниченном пространстве, при вынужденном движении жидкости в цилиндрических и прямых каналах, при поперечном обтекании жидкости цилиндров, при кипении жидкости и конденсации пара.

Применяя закон Стефана-Больцмана

рассчитывается количество тепла, передаваемого при лучистом теплообмене. Используя уравнение теплопередачи

находится количество тепла, передаваемого от горячей жидкости к холодной через плоские, цилиндрические и ребристые стенки.

Практическая работа № 3

1. Цель работы

Тепловой рачет теплообменных аппаратов. Рассматриваются в основном рекуперативные теплообменники, как наиболее распространенные в производственной сфере.

2. Содержание работы

Основываясь на уравнении теплопередачи

(1)

и уравнении теплового баланса

(2)

находится количество тепла, передаваемого в таких теплообменниках. Сравниваются рекуперативные теплообменники прямоточного и противоточного типов. Дается анализ эффективности противоточных теплообменников.

Используя уравнения теплопередачи проводится конструктивный расчет рекуперативного теплообменника, т.е. определяется поверхность такого теплообменника.

Выводы

Приведенные выше практические задачи по курсу «Теплофизика и теоретическая теплотехника» позволяют аспиранту решать практические задачи по разделам техническая термодинамика, тепло- и массообмен, основы расчета тепловых аппаратов. Полученные в процессе решения практических задач навыки позволяют аспиранту повысить свой кругозор, использовать полученные знания в практической деятельности.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Цветков, Ф.Ф. Теплообмен [Текст] / Ф.Ф. Цветков, Б.А. Григорьев.

М.: МЭИ, 2005. – 550 с.

2.Телегин, А.С. Тепломассоперенос [Текст] / А.С. Телегин, Ю.Н. Швыдкий, Ю.Г. Ярошенко // С.: Академкнига, 2002. – 455 с.

3.Шатров, М.Г. Теплотехника [Текст] / М.Г. Шатров, И.Е. Иванов //

М.: Академия, 2012. – 288 с.

Учебное издание Виктор Михайлович Попов

Теплофизика и теплотехника.

Методические указания по практической работе для аспирантов по направлению подготовки 03.06.01 Физика и астрономия (направленность программы теплофизика и теоретическая теплотехника)