Теоретичні, практичні та довідкові матеріали

Навчально-методичний посібник для самостійного опанування

ББК 31.36 (4 Укр.) Я

А-8

УДК 621.036

Ардашев В.О., П’ятак О.В. “Теплотехніка. Теоретичні, практичні та довідкові матеріали”. Навчально-методичний посібник для самостійного опанування. – Херсон, ХНТУ, 2008. - 188 с.

Навчально-методичний посібник призначений для студентів технічних та технологічних спеціальностей. Наведені основні формули по темам дисципліни, розв’язання аналітичних задач, графічна побудова процесів водяної пари і вологого повітря в і-s та І-d діаграмах, умови задач для самостійної роботи. Посібник містить приклади розрахунку термодинамічних циклів та теплообмінників, а також довідковий матеріал у вигляді таблиць та діаграм.

Рецензенти:

Белорусов С.Г.	- заслужений працівник освіти України, к.т.н., доцент, директор Херсонського обласного центру перепідготовки та підвищення кваліфікації працівників органів державної влади, органів місцевого самоврядування, державних підприємств, установ, організацій
Самохвалов В.С.	- к.т.н., доцент кафедри теплотехніки Херсонської філії національного університету ім. адмірала Макарова
Шевряков М.В.	- к.х.н., доцент кафедри загальної та неорганічної хімії Херсонського державного університету

 

Рекомендовано Міністерством освіти і науки України як навчально-методичний посібник для студентів вищих навчальних закладів

Лист №______ від

ВСТУП

 

Процес навчання студентів ведеться по навчальному робочому плану, в якому дисципліни поставлені так, щоб їх вивчали паралельно одна з одним і поступово, по мірі складності від молодших курсів до старших. Причому такі дисципліни, як фізика, математика, хімія, гідравліка, теплотехніка є базовими дисциплінами для вивчення складних спеціальних курсів. Без знань по базовим дисциплінам не будуть зрозумілі основні положення спеціальних дисциплін, робота теплових установок та обладнання підприємств.

Процес навчання двосторонній. Він потребує докладання великих зусиль із сторони студентів і із сторони викладача. Викладач повинен уміти дохідливо і просто пояснювати закономірності положень курсу та роботу різноманітних конструкцій теплових установок, показувати їхні недоліки і переваги, розвиваючи цим критичний погляд на апарати і установки. Для закріплення знань та для розвитку вміння проектувати установки, крім лекційних занять проводяться і практичні. На практичних заняттях вирішуються задачі, розглядається методика розрахунку установок, робляться перші кроки проектування. Все це потребує від студента уваги, терпіння, наполегливості.

Для того, щоб стати висококваліфікованим спеціалістом студент повинен не тільки засвоювати ті знання, які до нього доводить викладач на лекційних, лабораторних і практичних заняттях, а й уміти самостійно по спеціальній літературі отримувати додаткові знання та розвивати навики самостійного прийняття рішень.

На практичних заняттях основна самостійна робота полягає у рішенні прикладів і задач, що розвиває логічне мислення студента. До початку занять слід підготуватися до них. Потрібно опрацювати теми лекцій по конспекту та проглянути їх по підручнику. Методику рішення задач студентам пояснює викладач. Уважно вдумуйтесь у методику, визначте порядок дій при рішенні задачі. Постарайтесь засвоїти основні формули. Розберіть величини, які входять у формулу, яку вони мають розмірність, як їх визначити, чи є вони в таблицях довідкової літератури. Підстановку величин у формулу слід проводити в одиницях з однаковим порядком – нульовий порядок або кіло, мега, гіга …

Самостійне рішення задач починайте з розгляду формул і закономірностей теми. Уважно, декілька разів, читайте умови задачі, до тих пір поки не зрозумієте, що потрібно визначити. Після цього збудуйте порядок дій і починайте розрахунки. Оцінюйте отримані величини, якщо розрахована величина визиває у Вас сумнів, перевірте розрахунки, потім формулу, потім порядок величин і їх розмірності. До кожної задачі складайте рисунок, він допомагає зрозуміти умову, правильно визначити порядок дій та розвиває навички проектування. При рішенні задач по тепловим установкам значна кількість даних вибирається із таблиць. Запитайте у викладача, як користуватися таблицями, в якій літературі, крім рекомендованої, вони ще є. Досить часто доводиться проводити перерахунки із однієї системи одиниці в іншу. Запам’ятайте або складіть у своєму зошиті свою таблицю перевідних коефіцієнтів. Опануйте аналітичним та графічним методом інтерполяції табличних даних.

На практичних заняттях викладач пропонує студентам розв’язання однієї, двох задач. В цих задачах умова складена так, що має n-варіантів для розв’язання. Після розглядання методики Вам пропонують вирішити такі ж задачі, але за своїм варіантом. Тому на заняття слід ходити з калькулятором і канцелярським знаряддям. На заняттях необхідно працювати над вирішенням свого варіанту, це надає навички самостійної роботи. Незрозумілі питання при розв’язанні або правильність розробки свого методу вирішення задачі може бути тут же проконсультована викладачем. Самостійна робота в аудиторії полегшує вирішення задач вдома.

Після розв’язання задачі проаналізуйте його: яка методика, яка основна величина і за якими формулами визначалася, який отримано результат і що він показує з фізичної точки зору, як пов’язаний з конструкцією установки. Чи є взаємозв’язок між розрахованою величиною і процесами, що протікають в установці, чи впливає ця величина на ефективність роботи установки. В чому полягає цей вплив? Проведений аналіз коротко записується після розв’язання задачі.

Для отримання навичок самостійної роботи з літературою частина питань робочої програми винесена на самостійне опрацювання. Робота над розв’язанням задач в домашніх умовах ведеться таким же підходом як і на практичних заняттях. Якщо у Вас є задачник з вирішеними задачами по даній темі, то до описаного підходу слід додати розробку розв’язання інших вирішених задач. Після цієї підготовчої роботи починайте вирішення домашніх завдань. Закінчуйте роботу над ними аналізом отриманих результатів.

1. ПАРАМЕТРИ СТАНУ РОБОЧИХ ТІЛ

1.1. Основні розрахункові рівняння

 

Термічні параметри стану:

 

1. Абсолютний тиск

P = F / S, Па= Н/м²,

Р_а = Р_б + Р_м = Р_б + Р_н,

Р_р = Р_б – Р_а,

де Р_а – абсолютний тиск,

Р_б – барометричний тиск,

Р_м – манометричний тиск,

Р_н – надлишковий тиск.

Р_р – розрідження.

 

2. Абсолютна температура

 

Т, К = t, ^оС + 273,15

 

3. Об’єм V, м³; питомий об’єм v = V/m, м³/кг;

густина r = 1/v = m/V, кг/м³

 

Калоричні параметри стану:

 

1. Внутрішня енергія U, Дж, кДж, …

Питома внутрішня енергія u = U / m, Дж / кг

u = f(t) – для ідеальних газів

u = f(р,t,v) – для реальних газів

 

2. Ентальпія

 

І = U + P×V, Дж, кДж,

і = u + p×v = I/m, Дж/кг

і = f(t) – для ідеальних газів

і = f(р,v,t) – для реальних газів

 

3. Ентропія S, Дж/K

Питома ентропія s = S/m, Дж/(кг×K)

 

Оскільки в технічній термодинаміці приходиться мати справу зі зміною ентропії, то відлік значень ентропії ведеться від будь-якого стану. Для газів прийнято вважати значення ентропії рівним нулю при нормальних умовах (Р _н=101325 Па, t _н= 0^оС, T _н=273,15 К).

Визначення ентропії для будь-якого стану газу, відліченої від нормального стану при постійній теплоємності роблять за формулами:

s = c_v × ln(T /273) + R × ln(v/v _н);

s = с_р × ln(T /273) – R × ln(P/P _н),

де с_р – масова ізобарна теплоємність, Дж/(кг×К);

c_v – масова ізохорна теплоємність, Дж/(кг×К).

Зміна ентропії між двома довільними станами при постійній теплоємності:

s ₂ - s ₁= c_v × ln(T ₂/ T ₁) + R × ln(v ₂/ v ₁);

s ₂ - s ₁= с_р × ln(T ₂/ T ₁) – R × ln(P ₂/ P ₁).

Рівняння стану ідеальних газів Менделєєва-Клапейрона

P × V = m × R × T – для газу, масою т.

P × v = R × T – для 1 кг газу

R = (mR)/m = 8314/ m – для 1 кмолю газу

P × V_m = mR × T

де R – газова стала, Дж/(кг×К);

mR =8314 Дж/(кмоль×К) – універсальна газова стала.

V_m – об’єм 1 кмолю газу.

Співвідношення між одиницями виміру тиску:

1 Па = 1× 10^-5 бар = 7,502 × 10^{-3 мм.рт.ст. = 0,102 мм.вод.ст.=}

= 1,02 × 10^-5 кг/см² = 1,45 × 10^-4 lbf/in²,

де lbf/in² – фунт сили/квадратний дюйм.

В Англії і США застосовується Британська абсолютна (БАС) і Британська інженерна (БІС) системи.