Закачати DOC-файл | Надрукувати | Повернутися до списку навчальних планів


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

“КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

 

 

 

«Затверджено» 

Директор механіко-

машинобудівного інституту

М.І.Бобир

«___»____________2004 р.

 

 

 

НАВЧАЛЬНА ПРОГРАМА ДИСЦИПЛІНИ

“Теоретичні основи теплотехніки”

 

 

для студентів напряму 6.0902 Інженерна механіка

 

 

 

 

 

Ухвалено методичною

комісією ММІ

Протокол №____ від___________

 

Голова методичної комісії

В.М.Яворовський

Програму рекомендовано кафедрою теплотехніки та енергозбереження

Протокол № ___ від _________

 

Завідувач кафедри

                                      В.І.Дешко

 

 

 

 

 

 

Київ – 2004

 

 

1.     Загальні відомості

 

Одна з основних проблем сучасного розвитку України - надійне забезпечення потреб народного господарства в енергетичних ресурсах на базі науково-технічного прогресу  та розвитку концепції активного енергозбереження. Важливу роль у вирішенні цієї задачі відіграє підвищення якості теплотехнічної підготовки інженерів.

Курси теплотехнічних дисциплін відносяться до циклу професійно-оріїнтованих дисциплін і в свою чергу базується на дисциплінах, які вивчалися раніше: фізиці, хімії, математиці.

До робочої програми включені технічна термодинаміка і теорія обміну, тобто теоретичні основи теплотехніки.

Велику увагу приділено першому та другому законам термодинаміки, їх   використанню у термодинамічному аналізі.  Розглянуто процеси з робочими тілами, термодинаміку процесів витікання, основи теорії нагнітання, цикли теплових двигунів.  В теорії теплообміну зроблено акцент на питаннях теплопровідності, інтенсифікації теплопередачі та конвективному теплообміні.

На лабораторних заняттях та в позааудиторній роботі послідовно реалізується індивідуальний підхід до навчання. Для цього використовується розроблені кафедрою теплотехніки і енергозбереження методичні вказівки до проведення лабораторних робіт за фронтальним методом і до самостійної роботи студентів, які охоплюють такі розділи програми як параметри стану і процеси з робочими тілами, перший та другий закони термодинаміки, цикли теплових машин; теплопровідність та конвективний теплообмін

 

Форма навчання

Семестр

Всього

Розподіл за семестрами та видами занять

 

Семестрова атестація

 

 

 

Лекції

Практичні заняття

Семінари

Лабораторні роботи

Курсові роботи

Контрольні роботи

СРС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Денна

3

108

36

 

 

18

 

 

54

залік

 

Всього

 

108

 

36

 

 

18

 

 

54

40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ІI ЗМІСТ НАВЧАЛЬНОГО МАТЕРІАЛУ

 

Розділ 1. Технічна термодинаміка

Тема 1.1. Основні положення. Перший закон термодинаміки.

Основні поняття термодинаміки. Параметри стану. Предмет та метод, структура курсу. Роль теплотехніки у підготовці фахівців з інженерної механіки. Основні поняття технічної термодинаміки. Термодинамічна система. Робоче тіло. Термодинамічний стан і термодинамічний процес. Калорічні та термічні параметри стану, характеристика та математичні властивості.Теплота і робота - дві форми передачі енергії, аналітичні вирази, правило знаків, графічна інтерпретація, математичні властивості. Рівняння Бернуллі. Перший закон термодинаміки. Зміст, формування, математичні вирази закону, його застосування до окремих термодинамічних процесів, процесів течії, необоротних процесів. Філософський зміст першого закону.

 

Тема 1.2. Другий закон термодинаміки.

Другий закон термодинаміки. Зміст і формування закону. Термодинамічні цикли, схеми, ефективність теплових машин. Цикл Карно і його властивості.  Теореми Карно. Інтеграл Клаузула. Математичні вирази другого закону. Застосування другого закону до аналізу необоротних процесів. Фізичний сенс ентропії, Ентропія ізольованої системи. Філософські аспекти другого закону. Ексергія та анергія. Метод циклів, ентропійний і ексергетичний  методи аналізу термодинамічних систем. Нерівноважні процеси у механіці суцільних середовищ. Диференційні рівняння термодинаміки. Термодинамічні потенціали. Диференційні співвідношення термодинаміки і характеристичні функції. Часткові похідні внутрішньої енергії та ентальпії. Диференціальні співвідношення для теплоємкостей Метод потенціалів для аналізу термодинамічних систем.

 

Тема 1.3. Термодинаміка розімкнених процесів.

Термодинамічні властивості і процеси ідеального газу. Рівняння стану ідеального газу. Характеристика та види теплоємності. Залежність теплоємності ідеальних газів від атомності та температури. Закони Джоуля і Маєра. Визначення калоричних параметрів через теплоємкість. Дослідження процесів  з ідеальними газами: ізохорного, ізобарного, ізотермного, адіабатного. Рівняння процесів. Обчислення теплоти, роботи і зміни внутрішньої енергії. Графіки процесів. Політропний  процес та його узагальнююче значення: рівняння і теплоємність процесу , теплота, робота, графіки в  p,t   i T,S -координатах. Термодинамічні властивості і процеси водяної пари. Властивості реальних газів і парів. Процес пароутворення і характеристика його стадій, зображення  в p,v -, T,S - і h,s - діаграмах. Обчислення теплоти, роботи, зміни внутрішньої енергії, графіки процесів. Рівняння Клайперона-Клаузіуса. Основи термодинаміки процесів течії. Закономірності адіабатного витікання при геометричному діянні. Рівняння нерозривності. Рівняння оборотності зовнішнього діяння. Параметри гальмування. Визначення швидкості та витрати при оборотних та необоротних процесах. Критичний режим при витіканні з простого сопла. Отримання надзвукових швидкостей. Порядок розрахунку витікання з простих та складних сопел. Основи теорії дроселювання, його практичне використання. Термодинамічні основи теорії нагнітання. Загальна характеристика процесу нагнітання. Рівняння нагнітання. Розрахунок роботи нагнітання і потужності ідеальних і реальних охолоджуваного та не охолоджуваного компресорів. Поняття про багатоступінчастий стиск.

 

Тема 1.4. Цикли теплосилових установок

Цикли теплосилових установок. Цикли установок газових двигунів. Ідеальні цикли ДВЗ, їх ознаки та характеристики. Цикли з ізохорним, ізобарним, комбінованим підводом теплоти. Термічний ККД і порівняння ефективності цих циклів ГТУ з ізобарним підводом теплоти. Цикли паросилових установок Цикл Ренкіна. Цикли паротурбінних установок. Комбіновані цикли. Цикли парової та повітряної молотових установок. Енергетичні баланси.

 

Розділ 2. Теорія теплообміну

Тема 2.1. Теплопровідність.

Основні положення теплопровідності. Предмет теплопровідності. Основні поняття теплообміну. Види передачі теплоти. Температурне поле. Температурний градіент. Закон Фур'є. Диференційне рівняння теплопровідності. Умови однозначності, граничні умови задач теплопровідності.Окремі задачі стаціонарної теплопровідності. Загальна характеристика методів розв’язування задач теплопровідності. Аналітичні, чисельні та експериментальні методи. Теплопровідність крізь плоску і циліндричну стінки при граничних умовах першого і третього роду. Багатошарова стінка. Критичний діаметр теплової ізоляції. Теплопровідність стержня сталого  перерізу без та з внутрішніми джерелами теплоти. Способи інтенсифікації теплопередачі. Теплопередача через оребрену поверхню. Нестаціонарна теплопровідність. Теплопровідність нескінченної пластини та циліндра, що охолоджується. Визначення кількості теплоти, охолодження /нагрівання/ тіл кінцевих розмірів. Чисельні методи розв’язання задач теплопровідності при стаціонарному і нестаціонарному режимах. Метод кінцевих різниць. Стаціонарне температурне поле пластини з внутрішніми джерелами. Явні та неявні схеми розв’язування. Метод кінцевих елементів. Схематизація реальних процесів теплопровідності в технологічних системах. Метод джерел теплоти. Аналіз розв’язування для нескінченних та напівобмеженних тіл.

 

Тема 2.2. Конвективний теплообмін та теплообмін при фазових перетвореннях.

Конвективний теплообмін та теплообмін при фазових перетвореннях. Основні поняття і визначення. Диференційні рівняння конвективного теплообміну в ламінарному і турбулентному потоках і умови однозначності. Безрозмірне описання фізичних явищ. Подібні явища. Критерії і числа подібності. Теореми подібності. Моделювання процесів теплообміну. Окремі задачі конвективного теплообміну. Конвективний теплообмін в технологічних системах. Теплообмін при конденсації. Теплообмін при кипінні.

 

Тема 2.3. Теплообмін випромінюванням.

Теплообмін випромінюванням. Основні поняття і визначення. Основні закони теплового випромінювання. Види промінистих теплових потоків. Теплообмін випромінюванням між твердими тілами, що розділені прозорим середовищем. Теплообмін випромінюванням при наявності екранів.

 

Тема 2.4. Температурні та теплові вимірювання в технологічних системах.

Вимірювання температур та теплових потоків контактними методами. Класифікація термопар. Датчики теплового потоку. Безконтактні методи вимірювання температур і теплових потоків. Похибка теплотехнічних вимірювань і достовірність експериментальних даних.

 

IV. ЛАБОРАТОРНІ РОБОТИ

Лабораторна робота 1. Визначення ізобарної теплоємності газів.

Експериментальне визначення теплоємності газів, вимір температур, витрати, обробка експериментальних даних, практичні розрахунки властивостей та процесів ідеальних газів з використанням теплоємності.

 

Лабораторна робота 2. Перший закон термодинаміки.

Визначення теплоти і роботи процесу. Використання балансового рівня першого закону для визначення характеристик і умов протікання процесу, в окремих процесах, для потоку, для розрахунку кругового процесу. Індивідуальні картки самостійної роботи.

 

Лабораторна робота 3. Другий закон термодинаміки.

Визначення характеристик теплових машин на основі циклу Карно. Принцип зростання ентропії при аналізі передачі теплоти в системі, при оцінюванні ефективності теплових двигунів, Т,s- діаграма. Індивідуальні картки самостійної роботи.

 

Лабораторна робота 4.Процеси з ідеальними газами і водяною парою.

Графік процесів в  p,v-,  T,s- і h,s- діаграмах.

Розрахунок параметрів стану і характеристик процесу ідеального газу. Розрахунок параметрів стану і характеристик процесу ідеального газу. Розрахунок аналогічних величин для водяної пари з допомогою термодинамічних таблиць і h,s - діаграм.

 

 

 

Лабораторна робота 5. Дослідження витікання повітря з простого сопла.

Експериментальне визначення залежності витрати від перепаду тисків, розрахунок теоретичної швидкості і витрати і дійсної швидкості, визначення коефіцієнтів витрат.

 

Лабораторна робота 6. Дослідження кривої пружності водяної пари  при малих тисках.

Експериментальне визначення залежності тиску насиченої водяної пари від температури в процесі пароутворення. Визначення теплоти пароутворення за допомогою рівняння Клайперона-Клаузіуса.

 

Лабораторна робота 7. Визначення коефіцієнта теплопровідності

Вимірювання температури і теплового потоку на поверхні тіла, визначення теплопровідності, обробка результатів вимірювань, розрахунок похибок посередніх вимірювань.

 

Лабораторна робота 8. Дослідження тепловіддачі при вільному русі повітря.

Вимірювання температури, теплового потоку, коефіцієнту тепловіддачі горизонтальної труби. Обробка результатів, порівняння з розрахунком за допомогою рівняння подібності. Визначення похибки посередніх вимірювань.

 

Лабораторна робота 9. Дослідження процесів теплопередачі.

Визначення температур поверхонь теплообміну, теплових потоків, термічних опорів тіл плоскої і циліндричної геометрії при тепловіддачі в стаціонарних умовах.

 

 

Лабораторна робота 10. Дослідження процесів конвективного теплообміну.

Розрахунок коефіцієнту тепловіддачі, теплових потоків в окремих задачах конвективного теплообміну.

.

V. ІНДИВІДУАЛЬНІ ЗАВДАННЯ

 

Тематика лекцій, лабораторних робіт, розрахунково-графічних робіт, розділів тем і окремих питань програми для самостійного вивчення враховують специфіку підготовки студентів окремих спеціальностей.

На лабораторних заняттях, в позааудиторній роботі при виконанні розрахунково-графічних робіт послідовно реалізується індивідуальний підхід до навчання. Для цього використовується методичні вказівки до проведення лабораторних робіт за фронтальним методом і до самостійної роботи студентів.

Тематика розрахунково-графічних робіт:

1.   Розрахунок двомірної задачі теплопровідності в тілах прямокутної форми чисельним методом.

2.   Чисельний розрахунок задач теплопровідності в процесах механічної обробки.

3.   Розрахунок процесів витікання з геометричних сопел.

4.   Термодинамічний аналіз циклів теплових машин.

 

Розділи тем і окремі питання програми для самостійного вивчення

Диференційні рівняння термодинаміки.

Термодинамічні потенціали. Диференційні співвідношення термодинаміки і характеристичні функції. Часткові похідні внутрішньої енергії та ентальпії. Диференціальні співвідношення для теплоємкостей. Метод потенціалів для аналізу

 

Основи термодинаміки процесів течії.

Закономірності адіабатного витікання при геометричному діянні. Рівняння нерозривності. Рівняння оборотності зовнішнього діяння. Параметри гальмування. Визначення швидкості та витрати при оборотних та необоротних процесах. Критичний режим при витіканні з простого сопла. Отримання надзвукових швидкостей. Порядок розрахунку витікання з простих та складних сопел. Основи теорії дроселювання, його практичне використання.

 

Термодинамічні основи теорії нагнітання.

Загальна характеристика процесу нагнітання. Рівняння нагнітання. Розрахунок роботи нагнітання і потужності ідеальних і реальних охолоджуваного та неохолоджуваного компресорів. Поняття про багатоступінчастий стиск.

Тема 1.4. Цикли теплосилових установок

 

Цикли теплосилових установок

Цикли установок газових двигунів. Ідеальні цикли ДВЗ, їх ознаки та характеристики. Цикли з ізохорним, ізобарним, комбінованим підводом теплоти. Термічний ККД і порівняння ефективності цих циклів ГТУ з ізобарним підводом теплоти. Цикли паросилових установок Цикл Ренкіна. Цикли паротурбінних установок. Комбіновані цикли. Цикли парової та повітряної молотових установок. Енергетичні баланси.

 

Чисельні методи розв’язання задач теплопровідності при стаціонарному і нестаціонарному режимах.

Метод кінцевих різниць. Стаціонарне температурне поле пластини з внутрішніми джерелами. Явні та неявні схеми розв’язування. Метод кінцевих елементів. Схематизація реальних процесів теплопровідності в технологічних системах.

Метод джерел теплоти.

Аналіз розв’язування для нескінченних та напівобмеженних тіл.

Температурні та теплові вимірювання в технологічних системах.

Вимірювання температур та теплових потоків контактними методами. Класифікація термопар. Датчики теплового потоку.

Безконтактні методи вимірювання температур і теплових потоків.

Похибка теплотехнічних вимірювань і достовірність експериментальних даних.

 

VІ.КОНТРОЛЬНІ РОБОТИ

 

1. Параметри стану. Одиниці виміру термодинамічних величин.

2. Перший закон термодинаміки.

3. Другий закон термодинаміки.

4. Параметри і процеси ідеальних газів.

5. Параметри і процеси водяної пари.

6. Теплопровідність.

7. Конвективний теплообмін.

 

V.ІІ. МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

          Методичні вказівки наведені в навчально-методичних матеріалах, розроблених кафедрою теплотехніки і енергозбереження

 

VI.НАВЧАЛЬНО-МЕТОДИЧНІ МАТЕРІАЛИ

Основна література

1. Недужий И. А., Алабовський А. Н. Техническая термодинамика и теплопередача. - Киев: Вища школа, 1981, 248с.

2. Исаченко В. П. , Осипова В. А., Сукомел А.С. Теплопередача.  - М.: Энергия, 1981, 417с.

3. Дешко В. И., Васильченко Г. Н. Методуказания к лабораторной работе «Определение изобарной теплоемкости газов». -К.: КПИ, 1988, -16с.

4. Дешко В. И. Методуказания по организации самостоятельной работы студентов. Первый и второй законы термодинамики. -К.: КПИ, 1989. -15с.

5. Константинов С. М., Рынковая Т. А. Методуказания по организации самостоятельной работы студентов. Частные и политропные процессы идеальных газов.  -К.: КПИ, 1989. -35с.

6. Васильченко Г. Н. Методуказания по организации самостоятельной работы студентов. Параметры и процессы водяного пара. -К.: КПИ, 1989. -49с.

7. Рынковая Т.А.,  Кукшин А. П. Методуказания к лабораторной работе «Исследование кривой упругости водяного пара при малых давлениях». -К.:КПИ, 1988. -24с.

8. Васильченко Г. Н. , Дешко В. И. , Павловский В. Г. Методуказания к лабораторной работе «Определение теплопроводности твердых тел». -К.: КПИ, 1988, -16с.

9. Панов Е.Н. Методуказания к лабораторной работе «Теплоотдача горизонтальной трубы при свободном движении воздуха». К.: КПИ, 1988. -20с.

10. Панов Е.Н. Методуказания по организации самостоятельной работы студентов на тему : « Теплопроводность. Конвективный теплообмен». К.: КПИ, 1989, -50с.

11. Рывкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара: Справочник. -М.: Энергоатомиздат, 1984. -80с.

12. Дешко В.И., Васильченко Г.М. Методичні вказівки до лабораторної роботи «Дослідження процесу витікання повітря крізь сопло, що звужується». -К.:  КПІ, 1993. -16с.

 

 

 

Допоміжна література.

 

13. Кирилин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А. Е. Техническая термодинамика. -М.: Наука, 1979. -512с.

14.  Чеботарев В.О., Файнзільберг С. Н. Основи теплообміну. -К.: Вища школа, 1973. -273с.

15. Карслоу Г., Єгер Д. Теплопроводность твердих тел. - М.: Наука, 1964. -288с.

16. Лыков А.В. Теория теплопроводности. - М.: Высшая  школа,  1967. - 599с.

17. Платунов Е. С., Буравой С. Е., Курепин В.В., Петров Е. С. Теплофизические измерения и приборы. -Л.: Машиностроение, 1986. -153с.

18. Резников А. Н., Резников Л. А. Основы расчета тепловых процессов в технологических системах. Учебное пособие.  -Куйбышев.: Авиационный институт, 1986. -153с.

19. Ф. Крейт, У. Блэк. Основы теплопередачи.  Пер. с  англ. -М.: 1983. -512с.

20. Краснощеков Е. А., Сукомел А.С. Задачник по теплотехнике. -М.: Энергия,  1975. - 1981.

 

Навчальну програму склав:

професор Дешко В.І.  

 

                        

       ________________/_____________________/

 

Закачати DOC-файл | Надрукувати | Повернутися до списку навчальних планів | С початку >>