Архипова Л.М. Методический комплекс по теплотехнике

Подождите немного. Документ загружается.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КЕМЕРОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Кафедра теплохладотехники

ТЕПЛОТЕХНИКА

Методический комплекс для студентов

технологических специальностей заочного факультета

Составила: Архипова Л.М.

Рассмотрен и утвержден на заседании

кафедры (протокол № 13 от 21.02.03 )

Рекомендован к печати методической

комиссией заочного факультета

(протокол № от )

Кемерово 2003

СОДЕРЖАНИЕ

1. Рабочая программа курса «Теплотехника» ...................................3

1.1. Организация изучения дисциплины...........................................3

1.2. Цель изучения дисциплины........................................................3

1.3. Содержание дисциплины............................................................4

1.4. Практические занятия..................................................................7

1.5. Лабораторные занятия.................................................................7

2. Список литературы...........................................................................8

3. Практические занятия.......................................................................9

3.1. Расчет параметров и процессов идеального газа......................9

3.2. Расчет процессов водяного пара.................................................12

3.3. Циклы паротурбинных установок..............................................17

3.4. Циклы холодильных машин........................................................18

3.5. Влажный воздух...........................................................................22

3.6. Расчет стационарной теплопроводности и теплопередачи......24

3.7. Расчет теплоотдачи при свободной и

вынужденной конвекциях..........................................................25

3.8. Теплообменные аппараты...........................................................28

4. Контрольная работа..........................................................................32

5. Вопросы к экзамену..........................................................................41

ПРИЛОЖЕНИЕ ....................................................................................44

Теплотехника является общетехнической дисциплиной, которая

занимает одно из центральных мест в инженерной подготовке

специалистов. Это обусловлено тем, что процессы получения,

использования и переноса теплоты, получения холода имеют место

во многих технических устройствах и технологических процессах.

Теоретическими основами теплотехники являются: техническая

термодинамика и теория теплообмена.

На предприятиях пищевой промышленности расходуется

большое количество теплоты и холода как на основные

технологические процессы, связанные с переработкой сырья,

производством технологической продукции, так и на

вспомогательные нужды. Значительное количество теплоты

расходуется на отопление, вентиляцию и кондиционирование

воздуха. Современный специалист должен уметь правильно

формулировать и решать разнообразные прикладные задачи с

использованием основных законов термодинамики и теплообмена.

1. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПО КУРСУ «ТЕПЛОТЕХНИКА»

1.1. Организация изучения дисциплины

Согласно учебному плану, теплотехника изучается один семестр

(проводятся две сессии). В течение первой сессии преподается

теоретический курс и проводятся практические занятия. В

промежутке между сессиями студенты должны самостоятельно

изучить материал, опираясь на прослушанные лекции, и выполнить

контрольную работу. Во вторую сессию проводятся оставшиеся

практические занятия, после чего необходимо сдать экзамен.

Учебный план предусматривает выполнение одной контрольной

работы.

Цель изучения дисциплины.

Получение знаний о характере теплотехнических процессов,

которые используются в пищевых производствах, их физических

основах и методах расчета; об устройстве и работе применяемого на

пищевых предприятиях теплотехнического оборудования и

холодильных машин.

В результате изучения курса «Теплотехники» студент должен

знать основные разделы:

Термодинамика. Основные понятия и определения. 1 и 2

законы термодинамики. Термодинамические процессы рабочих тел,

термодинамические циклы. Газовые смеси. Влажный воздух.

Теплопередача: теплопроводность, конвективный теплообмен,

теплообмен излучением. Сложный теплообмен. Теплообменные

аппараты и их расчет.

Применение теплоты в отрасли.

1.3. Содержание дисциплины

№

п/п

Наименование темы и краткое содержание

Кол

час

Литература

1 2 3 4

Предмет технической термодинамики и

ее методы. Рабочее тело.

Термодинамическая система. Основные

параметры состояния. Уравнение

состояния. Термодинамический процесс.

[1,Ч.1,стр.5-7],

[2, стр. 6-9].

Газовые смеси. Способы задания состава

смесей. Вычисление параметров состояния

смеси. Кажущаяся молекулярная масса и

газовая постоянная смеси. Парциальные

давления компонентов.

[1, Ч.1, стр.7-

8], [2, стр. 12-

20],

3.*

Первый закон термодинамики.

Внутренняя энергия. Работа, теплота и их

свойства. Энтальпия. Энтропия.

Термодинамические диаграммы p-v и T-s.

[1, Ч.1, стр.

11-18],

[2, стр. 12-18]

Теплоёмкость. Массовая, объемная и

мольная теплоемкости. Истинная и средняя

теплоёмкости. Теплоемкость при

постоянном объеме. Теплоемкость при

постоянном давлении. Уравнение Майера.

−

[1,Ч.1,стр. 10],

[2, стр. 15]

5.* Второй закон термодинамики. Прямые и

обратные циклы. Термический КПД и

холодильный коэффициент. Цикл Карно.

Аналитическое выражение второго закона

[1, Ч.1, стр.16-

18],

[2,стр.19-25]

термодинамики.

1 2 3 4

6.*

Термодинамические процессы.

Изохорный, изобарный, изотермический,

адиабатный, политропный процессы.

Графическое изображение процессов в p,v

и T,s - диаграммах.

[1, Ч.1, стр.13-

15],

[2,стр.30-34]

Циклы двигателей внутреннего

сгорания. Цикл Отто. Цикл Дизеля.

Термический КПД циклов.

[1, Ч.1, стр.30-

34],

[2, стр. 57-59,

177-179]

8.*

Реальные газы. Водяной пар. Фазовые

переходы. Фазовые диаграммы.

Термодинамические таблицы воды и

водяного пара. p,v; T,s и h,s - диаграммы

воды и водяного пара. Расчет процессов

водяного пара с помощью таблиц и h,s -

диаграммы.

Дросселирование газов и паров.

[1, Ч.1, стр.20-

23],

[2, стр.34, 50-

51]

9.*

Циклы паросиловых установок.

Принципиальная схема паросиловой

установки. Цикл Ренкина. Изображение

цикла в p,v, T,s и h,s – диаграммах.

Термический КПД цикла. Пути повышения

эффективности паросиловых установок.

[1, Ч.1, стр.34-

37],

[2, стр. 61-67],

10.

Влажный воздух. Основные определения.

h,d -диаграмма влажного воздуха.

Процессы влажного воздуха.

[1, Ч.1, стр.25-

26], [2, стр 44-

46]

11.

Теплообмен. Виды переноса теплоты:

теплопроводность, конвекция и излучение.

Сложный теплообмен.

0,5 [1, Ч.1, стр.42-

43], [2, стр 69-

70]

12.

Теплопроводность. Закон Фурье.

Коэффициент теплопроводности.

Дифференциальное уравнение

теплопроводности. Условия

однозначности.

Теплопроводность однослойной и

многослойной плоской и цилиндрической

стенок при граничных условиях 1 рода.

Теплопроводность при граничных

условиях 3 рода (теплопередача).

Коэффициент теплопередачи.

0,5

[1, Ч.1, стр.43-

44, 52-53], [2,

стр. 70-72, 97-

100]

1 2 3 4

13.

Конвективный теплообмен. Уравнение

Ньютона-Рихмана. Коэффициент

теплоотдачи. Основы теории подобия.

Критериальные уравнения. Теплоотдача

при свободном и вынужденном движениях

жидкости.

[1, Ч.1, стр.45-

48],

[2, стр 77-86]

14.

Теплообмен излучением. Общие понятия

и определения. Баланс лучистого

теплообмена. Основные законы излучения.

Теплообмен излучением между телами.

[1, Ч.1, стр.48-

52],

[2, стр 90-92]

15.

Теплообменные аппараты. Основные

схемы движения теплоносителей.

Уравнения теплового баланса и

теплопередачи. Средний температурный

напор. Основы теплового расчета.

[1, Ч.1, стр.55-

58],

[2, стр 103-

110]

16.

Холодильные установки. Потребители

холода в отрасли. Физические принципы

получения низких температур.

Холодильные агенты и их свойства. Схема

и цикл парокомпрессионной холодильной

установки. Изображение цикла в T-s

диаграмме. Холодильный коэффициент и

холодопроизводительность установки.

[1, Ч.1, стр.37-

40],

[2, стр. 200]

17.

Применение теплоты в отрасли.

Характеристики потребителей тепловой

энергии на предприятиях отрасли.

Факторы, влияющие на теплопотребление.

Повышение эффективности использования

теплоты на предприятиях отрасли.

[1, Ч.1, Раздел

2],

[2, стр 191-

199]

Примечание:

* темы, которые прорабатываются совместно с преподавателем

во время аудиторных занятий;

«−» материал для самостоятельного изучения.

Согласно рабочей программе, для студентов заочного

факультета технологических специальностей предусмотрено

выполнение лабораторных работ или практических занятий.

1.4. Практические занятия

№

п/п

Темы

практических занятий

Кол.

час.

№

темы

лекц

ии

Литература

1 2 3 4 5

1. Расчет параметров и

процессов идеального

газа.

1 3-6 [1, Ч. 1, стр. 7-15], [4,

стр. 67-100], [5, стр.

22-31].

2. Расчет процессов

водяного пара.

1,5 8 [1, Ч. 1, стр. 20-23]

[3],

[4, стр. 170 -207]

3. Циклы паротурбинных

установок.

1 9 [1, Ч. 1, стр. 34-36],

[4, стр. 230-235].

4. Циклы холодильных

установок.

1 16 [1, Ч. 1, стр. 37-38],

[4, стр. 261-235], [5,

стр. 49-65].

5. Расчет параметров

влажного воздуха.

1 10 [1, Ч. 1, стр. 25-26],

[4, стр. 280-290], [5,

стр. 65-68].

6. Стационарная

теплопроводность и

теплопередача.

0,5 12 [1, Ч. 1, стр. 43-45;

52-53], [5, стр. 68-73,

84-91].

7. Теплоотдача при

свободной и

вынужденной

конвекциях.

1 13 [1, Ч. 1, стр. 45-48],

[5, стр. 73-78]

8. Теплообменные

аппараты.

1 15 [1, Ч. 1, стр.],

[5, стр.91-96]

1.5. Лабораторные занятия

Тематика и количество лабораторных работ определяются

кафедрой.

В следующей таблице приведен примерный перечень тем

лабораторных занятий.

№

п/п

Темы

лабораторных занятий

Кол.

часов

№

темы

лекции

Литература

1. Построение участка

нижней пограничной

кривой для воды.

2 8 [1, Ч. 1, стр.

20-23] [3], [4,

стр. 170 -207].

2. Исследование влажного

воздуха.

2 10 [1, Ч.1, стр.25-

26], [2, стр

44].

3. Определение

коэффициента

теплопроводности

материала методом

цилиндрического слоя.

2 12 [1, Ч.1, стр.43-

44, 52-53], [2,

стр. 70-72, 97-

100].

4. Определение

коэффициента

теплоотдачи при

свободном движении

воздуха.

2 13 [1, Ч.1, стр.45-

48],

[2, стр 77-86],

2. Список литературы

1. Буянов О.Н. Тепло - и хладоснабжение предприятий пищевой

промышленности. Учебное пособие. Часть1, Часть 2. -.Кемерово,

2001.- 222 с.

2. Теплотехника: Учебник для вузов /Под ред. А.П. Баскакова. –

М.: Энергоиздат, 1991. – 224 с.

3. Ривкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойства

воды и водяного пара: Справочник. Рек. Гос. Службой стандартных

справочных данных. – М.: Энергоиздат , 1984. - 80 с.

4. Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике.

М.: Машиностроение, 1973. - 344 с.

5. Самойлов А.И. Сборник задач по термодинамическим

процессам и процессам теплообмена в машинах и аппаратах

холодильных установок. - М.: Легкая и пищевая промышленность,

1984. – 144 с.

Для изучения теплотехники можно использовать другие

учебники для ВУЗов по этой дисциплине.

3. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

На практических занятиях решаются задачи по основным разделам

курса. Наибольшее внимание уделяется усвоению законов

термодинамики и теплообмена, методам расчета и анализа процессов

и циклов энергетических установок.

3.1. Расчет параметров и процессов идеального газа

Основными параметрами состояния являются: удельный объем,

абсолютная температура, абсолютное давление.

Удельный объем v, м

/кг:

v =V/m = 1/ρ,

где V, м

– объем, m, кг –масса, ρ, кг/м

–плотность.

Абсолютная температура Т, К:

Т = 273,15 + t.

Абсолютное давление р, Па:

р = р

атм

+ р

изб

р = р

атм

– р

вак.

где: р

атм

– атмосферное давление,

изб

– избыточное давление,

вак

– вакуумное давление.

Связь между единицами измерения:

1кПа = 10

Па; 1МПа = 10

Па,

1бар = 10

Па = 100 кПа,

1ат = 1 кгс/см

= 98000 Па = 98 кПа,

1мм. рт. ст. =133,3 Па.

В технической термодинамике рассматривают следующие

основные термодинамические процессы:

изохорный – при постоянном объеме (v = const),

изобарный - при постоянном давлении (р = const),

изотермический – при постоянной температуре (Т = const),

адиабатный – без внешнего теплообмена (δq = 0),

политропный – при постоянной теплоемкости.