Коновалова С.О., Дементій Л.В.

К 64 Організація самостійної роботи студента з дисципліни «Теоретичні основи теплотехніки» для технічних спеціальностей денної форми навчання. – Краматорськ: ДДМА, 2007. – 124 с.

ISBN 978-966-379-228-6

У посібнику наведено основні положення щодо організації самостійної роботи студентів з дисципліни «Теоретичні основи теплотехніки», надано тематичний план лекцій, робочий план лабораторних робіт, заготівки звітів про лабораторні роботи, робочий план практичних робіт. Наведено рекомендації з виконання розрахункових робіт, питання для підготовки до захисту лабораторних робіт та розрахункових завдань, а також довідковий матеріал. Даний посібник складено з метою зменшення непродуктивних витрат часу студента на підготовку до занять, сприяє більш раціональному плануванню часу.

УДК 621.1.016

ББК 31.31

 

ISBN 978-966-379-228-6 © С.О. Коновалова,

Л.В. Дементій, 2007

© ДДМА, 2007

ЗМІСТ

 

1 ЗАГАЛЬНІ ВКАЗІВКИ ДО САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ НАД КУРСОМ “ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ТЕПЛОТЕХНІКИ”. 6

2 ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ.. 8

3 ЛАБОРАТОРНІ РОБОТИ.. 10

3.1 Загальні вимоги до лабораторного практикуму. 10

3.2 Робочий план лабораторних робіт. 11

Лабораторна робота № 1. 13

Лабораторна робота № 2. 16

Лабораторна робота № 3. 19

Лабораторна робота № 4. 22

Лабораторна робота № 5. 25

Лабораторна робота № 6. 28

Лабораторна робота № 7. 32

Лабораторна робота № 8. 36

3.3 Тести для перевірки підготовки до лабораторних робіт. 39

4 ПРАКТИЧНІ ЗАНЯТТЯ.. 54

4.1 План практичних занять. 54

4.2 Приклади рішення задач. 54

Заняття № 1. Основні параметри робочого тіла. Рівняння стану ідеальних газів. Термодинамічні процеси. 54

Заняття № 2. Властивості реальних газів. hs-Діаграма водяної пари. Розрахунки процесів з реальними газами. 62

Заняття № 3. Витікання парів та газів. Розрахунок сопла. 67

Заняття № 4. Теплопровідність. Конвективний теплообмін. Випромінювання 69

Заняття № 5. Розрахунки теплообмінних апаратів. Розрахунки циклів ДВЗ та ГТУ 75

4.3 Завдання для самостійного рішення. 79

Заняття № 1. 79

Заняття № 2. 83

Заняття № 3. 86

Заняття № 4. 88

Заняття № 5. 93

5 ІНДИВІДУАЛЬНІ РОЗРАХУНКОВІ ЗАВДАННЯ.. 97

5.1 Загальні вимоги до виконання розрахункових завдань. 97

Завдання № 1 Термодинамічні процеси ідеальних газів. Суміші ідеальних газів 98

Завдання № 2 hs-Діаграма водяної пари. Дроселювання. 99

Завдання № 3 Теплопередача. 100

Завдання № 4 Теплообмінне устаткування. 102

Завдання № 5 Цикл газотурбінної установки. 102

5.2 Тести для перевірки рівня підготовки до захисту розрахункових робіт 104

6 ПИТАННЯ ДЛЯ ПІДГОТОВКИ ДО ІСПИТУ.. 112

ЛІТЕРАТУРА.. 114

Додаток А.. 115

Додаток Б. 116

Додаток В.. 118

Додаток Г. 119

Додаток Д.. 120

Додаток Е. 122

Додаток Ж.. 123

Додаток И.. 124

ВСТУП

Теоретичні основи теплотехніки – це загальнотехнічна дисципліна, що вивчає методи одержання, перетворення, передачі і використання теплоти, а також принципи дії і конструктивних особливостей тепло- і парогенераторів, теплових машин, апаратів і пристроїв.

Курс "Теоретичні основи теплотехніки" складається з 3-х основних розділів:

- основи технічної термодинаміки;

- теорія теплообміну;

- прикладна теплотехніка.

Термодинаміка вивчає закони перетворення енергії в різних фізико-хімічних процесах, що відбуваються в макроскопічних системах і супроводжуються тепловими ефектами. У залежності від задач дослідження визначають загальну, хімічну, технічну термодинаміку, термодинаміку біологічних систем та інше.

Технічна термодинаміка розглядає процеси взаємного перетворення теплоти і роботи. Вона встановлює зв'язок між тепловими, механічними і хімічними процесами, що відбуваються в теплових і холодильних машинах, вивчає процеси, що відбуваються в газах і парах, а також властивості цих тіл при різних фізичних умовах.

Теорія теплообміну вивчає самодовільні необоротні процеси поширення теплоти у просторі.

Технічна термодинаміка та теорія теплообміну є теоретичним фундаментом прикладної теплотехніки.

 

 

1 ЗАГАЛЬНІ ВКАЗІВКИ ДО САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ НАД КУРСОМ “ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ТЕПЛОТЕХНІКИ”

 

Мета викладання курсу – вивчення студентами основних законів технічної термодинаміки і теплопередачі та використання їх при проектуванні технологічного обладнання та процесів.

У результаті вивчення дисципліни студент повинен знати:

- основні закони термодинаміки;

- термодинамічні процесі;

- властивості реальних газів;

- закони теплопередачі теплопровідністю, конвекцією та випромінюванням;

- розрахунок теплообмінних апаратів;

- особливості термодинаміки відкритих систем;

- цикли теплосилових установок.

Студент повинен вміти:

- користуватись довідковою літературою при розв’язанні теплотехнічних задач;

- виконувати практичні вимірювання основних теплофізичних величин за допомогою спеціальних приладів;

- виконувати теплотехнічні розрахунки;

- моделювати теплові процеси.

Курс “Теоретичні основи теплотехніки” включає лекції, виконання лабораторних робіт, практичні заняття та самостійну роботу над вивченням теоретичного матеріалу. У кінці семестру студенти складають іспит. Курс складається з трьох смислових модулів:

1) основи технічної термодинаміки;

2) теорія теплообміну;

3) прикладна теплотехніка.

Згідно з кредитно-модульною системою навчання кожний модуль оцінюється у 100 балів. Оцінка за модуль складається з оцінок за виконання та захист лабораторних робіт, виконання та захист індивідуальних розрахункових завдань та оцінки за контрольну роботу.

Оцінки за лабораторні роботи характеризують рівень теоретичної підготовки студента до виконання роботи, якість виконання експеріментальної роботи, строк та якість виконання звіту про роботу.

Оцінки за розрахункові роботи характеризують якість виконання розрахунків та оформлення роботи, рівень теоретичної підготовки з даної частини курсу і строк виконання.

Контрольна робота з кожного модуля охоплює головні теоретичні положення з даного розділу курсу і основні типи розрахункових завдань.

Розподіл балів з кожного модуля наведено в таблиці 1.

 

Таблиця 1 – Склад модулів з дисципліни

Найменування контрольної точки	Бали (макс./мін.)	Сумарний бал
1 модуль (ваговий коефіцієнт – 0,33)
1 Лабораторні роботи – 2 роботи	10/6	20/12
2 Розрахункові роботи (№ 1, 2)	15/8	30/16
3 Контрольна робота	50/27	50/27
Разом за модуль		100/55
2 модуль (ваговий коефіцієнт – 0,33)
1 Лабораторні робота – 3 роботи	10/6	30/18
2 Розрахункова робота (№ 3)	15/8	15/8
3 Контрольна робота	55/29	55/29
Разом за модуль		100/55
3 модуль (ваговий коефіцієнт – 0,33)
1 Лабораторні роботи – 3 роботи	10/6	30/18
2 Розрахункові роботи (№ 4, 5)	15/8	30/16
3 Контрольна робота	40/21	40/21
Разом за модуль		100/55
Рейтинг з дисципліни		100/55

 

 

ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ

 

План лекційних занять з указівкою літератури, яка рекомендована до вивчення, наведено в табл. 2.

 

Таблиця 2 – План лекційних занять

Розділ, тема лекції	Питання для самостійної підготовки теоретичного матеріалу	Література
1 модуль – Основи технічної термодинаміки
Перший закон термодинаміки	Властивості робочих тіл. Основні параметри Рівняння стану ідеального газу Суміші ідеальних газів Теплоємність газів Внутрішня енергія та робота розширення газу Перший закон термодинаміки Ентальпія, ентропія. PV та TS діаграми	[1, с. 6–20; 4, с. 11–32; 7, с. 6–35; 10, с. 4–24]

 

Продовження таблиці 2

Другий закон термодинаміки	Другий закон термодинаміки Цикли, термічний ККД циклу Прямий оборотний цикл Карно Математичний вираз другого закону термодинаміки	[1, с. 20–31; 4, с. 96–123; 7, с. 36–50; 10, с. 46–56]
Термодинамічні процеси	Аналіз термодинамічних процесів Типи термодинамічних процесів: ізотермічний, ізохорний, ізобарний, адіабатний, політропний	[4, с. 80–92; 7, с. 51–84; 10, с. 24–30]
Реальні гази	Властивості реальних газів Водяна пара, основні параметри. PV-, TS-, hs-діаграми водяної пари Вологе повітря, параметри, Hd-діаграма	[4, с.162–178; 210–217; 7, с. 58–66; 10, с. 31–46]
Особливості термодинаміки відкритих систем	Витікання газів та парів Основні рівняння витікання Рівняння нерозривності потоку газу Вибір форми сопла Дроселювання газів	[1, с. 47–59; 4, с. 180–194; 10, с. 56–62]
2 модуль – Теорія теплообміну
Теплопровідність	Основні положення теплопровідності Температурне поле. Градієнт температури Основний закон теплопровідності Диференційне рівняння теплопровідності Теплопровідність через одношарову та багатошарову плоску стінку Теплопровідність через циліндричну стінку	[1, с. 72–79; 4, с. 306–324; 6, с. 9–37; 7, с. 111–135; 10, с. 66–80]
Теплопередача	Граничні умови третього роду Теплопередача через стінку Теплова ізоляція	[1, с. 112–118; 4, с. 326–335; 6, с. 117–144; 10, с. 80–85]
Конвективний теплообмін	Основи теорії конвективного теплообміну Моделювання процесів. Основи теорії подібності. Числа подібності Теплообмін при течії рідини в трубах Теплообмін при омиванні однієї труби, пучків труб та поверхонь Вільна конвекція	[1, с. 79–103; 4, с. 348–391; 6, с. 37–97; 7, с. 136–155; 10, с. 86–107]

 

Продовження таблиці 2

Випромінювання	Основні закони теплообміну випромінюванням Теплообмін між твердими тілами Теплообмін випромінюванням в газах Теплові екрани. Захист від випромінювання Складний теплообмін. Його розрахунок	[1, с. 103–112; 4, с. 402–422; 6, с. 98–117; 7, с. 156–165; 10, с. 108–123]
3 модуль – Прикладна теплотехніка
Розрахунок теплообмінних апаратів	Конструкції та принцип дії теплообмінників. Класифікація Середньологаріфмічний перепад температур Перевірочний та конструктивний розрахунки теплообмінних апаратів	[1, с. 123–129; 4, с. 424–432; 6, с. 144–160; 10, с. 124–128]
Компресори	Компресори, принцип дії Цикли одноступеневого та багатоступеневого поршневого компресора Об’ємний коефіцієнт корисної дії компресора	[1, с. 221–240; 4, с. 217–228; 7, с. 79–84; 10, с. 129–135]
Двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ)	Класифікація ДВЗ ДВЗ із підводом теплоти при постійному об’ємі, тиску та зі змішаним підводом теплоти Порівняння циклів ДВЗ	[1, с. 61–63; 4, с. 230–242; 7, с. 85–92; 10, с. 152–160]
Газотурбінні установки (ГТУ)	Цикл ГТУ із підводом тепла при P = const Цикл ГТУ із підводом тепла при V = const Методи підвищення ККД ГТУ	[1, с. 197–200; 4, с. 244–256; 10, с. 135–146]
Паротурбінні установки (ПТУ)	Загальна схема ПТУ. Цикл Карно Цикл Ренкіна для паротурбінної установки Методи підвищення ККД установок	[1, с. 63–71; 4, с. 259–277; 7, с. 92–98; 10, с. 147–151]

 

 

ЛАБОРАТОРНІ РОБОТИ