Теплотехника_Экзамен

Д. В. Шевченко

ТЕПЛОТЕХНИКА

Материалы к экзамену

Рекомендую плодотворно готовиться и

желаю успешной сдачи!

Казань – 2013

МАТЕРИАЛЫ К ЭКЗАМЕНУ

Студенты, не сдавшие расчетно-графической работы, до экзамена не допускаются.

Перед экзаменом студенту предлагается два из обязательных вопросов (минимума). Без правильного ответа на оба этих вопроса к дальнейшей сдаче студент не допускается. Вопросы из списка минимума будут использоваться также в качестве дополнительных вопросов вне темы экзаменационного билета.

Экзаменационный комплект состоит из 25 билетов. В каждом билете 2 теоретических вопроса и задача. Задачи в вопросах аналогичны задачам контрольных или домашних работ.

Из справочного материала студент должен знать:

размерности в СИ всех изученных величин;

приближенные значения основных физических констант, используемых в курсе;

характерные величины тепловых физических параметров.

ОБЯЗАТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

I.Уравнение состояния идеального газа Менделеева–Клайперона.

II.Первый закон термодинамики (закон сохранения энергии).

III.Второй закон термодинамики.

IV. Закон Фурье для теплопроводности.

V.Закон Ньютона для теплоотдачи.

VI. Закон Стефана-Больцмана для излучения.

VII. Правило определения термического сопротивления и теплового потока для плоской стенки.

VIII. Правило определения линейного термического сопротивления и теплового потока для цилиндрической стенки.

IX. Виды подвода тепла в пищевой промышленности.

НЕОБХОДИМЫЕ КОНСТАНТЫ И ХАРАКТЕРНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ ПАРАМЕТРОВ

Универсальная газовая постоянная.

Связь Калории, Джоуля и кВт·часа.

Объем киломоля идеального газа при нормальных условиях.

Характерные свойства воздуха (плотность, газовая постоянная, теплоемкости, показатель адиабаты, теплопроводность).

Характерные свойства воды (плотность, теплоемкость, теплопроводность, температура кипения, удельные теплота парообразования, удельная теплота таяния льда, коэффициент вязкости).

Характерные величины теплоемкости металлов, жидкостей, газов, строительных материалов.

Характерные теплопроводности металлов, жидкостей, газов, строительных материалов.

Характерная теплота горения бензина и природного газа.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ*

1.Предмет изучения и основные понятия теплотехники. Разделы теплотехники, их назначение. Термодинамические параметры. Термодинамическое состояние.

2.Энергия. Способы передачи энергии. Тепловые машины. Рабочие тела. Термодинамические процессы.

3.Идеальный и реальные газы. Уравнение состояния идеального газа.

4.Газовые смеси. Парциальные характеристики. Состав смеси. Связь долей. Условные параметры смеси. Влажный воздух как газовая смесь.

5.* Пары. Процессы парообразования. Водяной пар. Термодинамические процессы водяного пара.

6.Теплоемкость. Полная и удельная теплоемкость. Зависимость теплоемкости от параметров процесса. Теплоемкости идеального газа. Формула Майера.

7.Работа и изменение внутренней энергии идеального газа. Первый закон термодинамики для идеального газа.

8.* Энтальпия.

9.Термодинамический процесс. Термодинамические процессы идеального газа, их изображение на рабочей диаграмме. Циклы.

10.Классические процессы в идеальном газе. Изобарный процесс. Связь параметров. Выражение подводимого тепла и работы.

11.Классические процессы в идеальном газе. Изохорный процесс. Связь параметров. Выражение подводимого тепла и работы.

12.Классические процессы в идеальном газе. Изотермический процесс. Связь параметров. Выражение подводимого тепла и работы.

13.Классические процессы в идеальном газе. Адиабатический процесс. Связь параметров. Выражение подводимого тепла и работы.

* Вопросы «со звездочкой» рассчитаны на высокие оценки и в экзаменационные билеты не включаются. Они могут быть предложены студентам как дополнительные во время экзамена.

14.* Политропный процесс. Классические процессы как частные случаи политропного процесса. Взаимное расположение классических процессов на p-v диаграмме.

15.Различные формулировки второго закона термодинамики. Его смысл и следствия. Прямой и обратный циклы. Примеры. Варианты использования.

16.Тепловая машина. Принцип работы. Термический КПД. 17.Холодильник. Принцип работы. Холодильный коэффициент. 18.Тепловой насос. Принцип работы. Отопительный коэффициент.

19.* Обратимые и необратимые процессы. Интеграл и неравенство Клаузиса. 20.* Энтропия. Изменение энтропии замкнутых систем. Философский смысл. 21.* T-s диаграмма. Ее свойства. Процессии идеального газа на T-s диаграмме.

22.Цикл Карно. КПД цикла Карно. Цикл Карно на T-s диаграмме. Оптимальное свойство цикла Карно. Карнотизация циклов.

23.Основные соотношения термодинамики при передаче тепла. Количество тепла при нагреве/остывании тела. Количество тепла при испарении/конденсации. Удельная теплоемкость воды. Удельная теплота испарения воды.

24.Основные соотношения термодинамики при передаче тепла. Количество тепла при плавлении/затвердевании. Удельная теплота плавления льда. Количество тепла при горении. Объемная теплота сгорания бензина и природного газа. Количество тепла затрате электрической энергии.

25.Теплообмен. Виды теплообмена. Простейшие виды теплообмена. Сложные виды теплообмена. Потоки тепла. Внутренние источники тепла.

26.Температура. Температурное поле. Способы задания. Изотермические поверхности и изотермы. Температурный градиент. Смысл градиента температуры.

27.Конвекция. Механизм конвекции. Ее причины и виды.

28.Теплопроводность. Механизм. Гипотеза Био-Фурье. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности. Его свойства. Характерные значения коэффициента теплопроводности для теплоизоляторов, теплопроводников, строительных материалов, жидкостей, газов.

29.Теплоотдача. Механизм. Закон Ньютона для теплоотдачи. Коэффициент теплоотдачи, его свойства. Характерные диапазоны коэффициента теплоотдачи.

30.Передача тепла излучением. Виды излучения. Преобразование энергии излучения. Модели тел с точки зрения взаимодействия с излучением.

31.Закон Стефана-Больцмана для передачи тепла излучением. Закон лучистого теплообмена. Сложный радиационно-конвективный теплообмен.

32.Уравнение переноса тепла. Основные предпосылки. Соответствие членов уравнения механизмам производства и переноса тепла и аккумуляции энергии. Уравнение переноса тепла для однородной среды. Коэффициент температуропроводности.

33.Понятие о краевых условиях. Геометрические, физические и динамические условия. Начальные условия. Граничные условия 1,2,3,4 рода.

34.Стационарные и нестационарные процессы. Уравнение стационарной теплопроводности без внутренних источников тепла. Стационарная теплопроводность плоской стенки (постановка задачи).

35.Стационарная теплопроводность плоской однослойной стенки. Постановка задачи при условиях 1 рода. Закон распределения температуры. Тепловой поток через плоскую стенку. Термическое сопротивление однослойной стенки.

36.Стационарная теплопроводность плоской многослойной стенки. Постановка задачи при условиях 1 рода. Закон распределения температуры. Тепловой поток через многослойную плоскую стенку. Термическое сопротивление многослойной стенки.

37.Тепловой поток через плоскую однослойную и многослойную стенку при граничных условиях 3 рода. Полное термическое сопротивление.

38.Термическое сопротивление и коэффициент теплопередачи. Связь теплового потока с температурным напором. Правило определения термического сопротивления для плоской стенки.

39.Стационарная теплопроводность однослойной цилиндрической стенки. Постановка задачи при условиях 1 рода. Закон распределения температуры. Тепловой поток через однослойную цилиндрическую стенку. Линейное термическое сопротивление однослойной цилиндрической стенки.

40.Стационарная теплопроводность многослойной цилиндрической стенки. Постановка задачи. Закон распределения температуры при условиях 1 и 3 рода. Тепловой поток через многослойную цилиндрическую стенку. Линейное термическое сопротивление многослойной цилиндрической стенки.

41.Линейное термическое сопротивление и линейный коэффициент теплопередачи. Связь теплового потока с температурным напором. Правило определения линейного термического сопротивления для цилиндрической стенки.

42.Диапазон учета цилиндричности. Использование формул для плоской стенки в случае цилиндрической стенки.

43.Тепловая изоляция. Понятие эффективности тепловой изоляции. Условие эффективности тепловой изоляции для цилиндрической стенки.

44.Теплообмен при течении жидкости в трубе. Постановка задачи. Температура в трубе и на выходе. Потери тепла. Проектный и проверочный расчеты, варианты их применения.

45.Интенсификация теплопередачи. Возможные подходы и их ограничения.

46.Интенсификация теплопередачи с помощью оребрения поверхности. Коэффициент эффективности ребер. Коэффициент теплопередачи ребристой стенки. Приведенный коэффициент теплоотдачи.

47.Выбор стороны оребрения. Эффективность оребрения. Использование ребер для понижения температуры стенки.

48.* Расчет теплоотдачи прямого ребра постоянной толщины.

49.* Подходы к расчету теплоотдачи прямых ребер переменной толщины.

50.Типы величин при исследовании технологического процесса. Независимые, параметры системы, параметры процесса. Определяющие и определяемые. Размерные величины и безразмерные комплексы.

51.Теория размерностей. Понятие подобия процессов и задач. Безразмерные критерии.

52.* Основные уравнения тепломассопереноса и основные безразмерные комплексы. Их физический смысл.

53.* Определение коэффициента теплоотдачи с использованием теории размерности. Характерные значения коэффициента теплоотдачи.

54.Применение излучения в пищевой промышленности. Устройство, принцип действия, достоинства и недостатки электрической спирали. Применение для конфорок плит.

55.Применение излучения в пищевой промышленности. Устройство, принцип действия, достоинства и недостатки тэнов. Применение для конфорок плит.

56.Применение излучения в пищевой промышленности. Устройство, принцип действия, достоинства и недостатки индукционных катушек. Применение для конфорок плит.

57.Применение для конфорок плит нагревательных элементов разных видов. Их сравнительные характеристики.

58.Микроволновая печь. Устройство и принцип действия. Разогрев продуктов в микроволновой печи. Посуда для микроволновой печи.

59.Теплообменные аппараты. Назначение. Классификация. Использование в пищевой промышленности.

60.Схема, принцип действия, достоинства и недостатки теплообменников: труба в трубе, змеевиковых, пластинчатых, кожухотрубных, с оребрением, оросительных.

61.* Теплообменные аппараты. Виды расчетов.

62.* Кипение. Использование кипения в пищевой промышленности. Классификация кипения. Кипение в объеме и в потоке. Расчет аппаратов с кипением.

Критерии экзаменационной оценки

Итоговая аттестация на экзамене – максимум 40 баллов. Итоговая аттестация на экзамене начинается с 20 баллов (студенты могут набрать на экзамене 20–40 баллов). Студент, получивший на экзамене менее 20 баллов, считается не сдавшим предмет вне зависимости от суммы баллов.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Основная литература

1.Абдрахманов А.Р. Теплотехника: курс лекций – Казань: Изд-во «Познание» Института экономики, управления и права (г. Казань), 2010. – 112 с.

2.Теплотехника: учебник/ [авт. колл.: В. Н. Луканин и др.]; под ред. В. Н. Луканина – М.: Высш. шк., 2009. – 671с.

3.Шевченко Д.В. Электронные лекции по дисциплине теплотехника / www.ieml-math.narod.ru/lect/TT2013.rar

Дополнительная литература

4.Мухачев Г.А., Щукин В.К. Термодинамика и теплопередача. М.: Высш.

шк., 1990.

5.Кирпичников В.П., Ботов М.И. Оборудование предприятий общественного питания: в 3 ч. Ч. 2. Тепловое оборудование. – М.: Academia, 2010.

– 496 с.

6.Баласанян А.Ю., Могильный М.П., Калашнова Т.В. Оборудование предприятий общественного питания. Тепловое оборудование. – М.: Academia, 2004 г. 192 с.

7.Материалы, находящиеся в свободном доступе в сети Интернет.