1394
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
ТЕПЛОТЕХНИКА
Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения
специальностей 150200 – Автомобили и автомобильное хозяйство и 260200 – Технология деревообработки
Воронеж 2002
УДК 621.184.64
Попов В.М., Кондратенко И.Ю. Теплотехника. Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения специальностей 150200 – Автомобили и автомобильное хозяйство и 260200 – Технология деревообработки. – Воронеж: Воронеж. гос. лесотехн. акад., 2002. – 40 с.
В методическом указании приводится программа изучения курса "Теплотехника" и задания к контрольным работам для студентов специальностей "Автомобили и автомобильное хозяйство" и "Технология деревообработки".
Материал соответствует учебным программам по данным специальностям. Предназначено для изучения дисциплины "Теплотехника" студентами заочной формы обучения специальностей 150200 и 260200.
Библиогр.: 6 наим., табл. 41.
Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТА.
Рецензент: кафедра промышленной энергетики ВГТУ Научный редактор: д-р техн. наук, проф. В.В. Фалеев
Общие методические указания
Согласно учебным планам студенты заочной формы обучения специальностей 150200 – Автомобили и автомобильное хозяйство и 260200 – Технология деревообработки прослушивают курс лекций по дисциплине "Теплотехника", проходят лабораторный практикум и самостоятельно выполняют по одной контрольной работе.
При выполнении контрольных работ студентам рекомендуется пользоваться специальной литературой, список которой представлен в конце данного методического указания.
Выполнению контрольных работ, состоящих из контрольных вопросов и задач, должно предшествует самостоятельное изучение соответствующего раздела дисциплины "Теплотехника". Ответы на вопросы должны быть сформулированы в краткой форме, сопровождаться исходными формулами, иллюстрироваться графиками и схемами. Решение задач следует разъяснять, ссылаясь на литературные источники.
Работы, выполненные не по своему варианту, не рассматриваются и не возвращаются.
Программа к разделам курса "Теплотехника"
Теплоэнергетика и её роль в хозяйстве РФ.
Использование тепловой энергии в автомобильном транспорте и лесном комплексе.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
Тема 1
Введение Предмет и метод технической термодинамики. Основные параметры со-
стояния рабочего тела. Уравнение состояния. Термодинамический процесс. Равновесный и неравновесный процессы.
Тема 2
Идеальные газы и их смеси Определение идеального газа. Уравнение состояния. Газовая постоянная.
Внутренняя энергия, энтальпия идеальных газов. Теплоёмкость. Зависимость теплоёмкости от характера процесса: теплоёмкости cp и cv , связь между ними.
Зависимость теплоемкости от температуры: средняя и истинная теплоёмкости. Газовая смесь. Закон Дальтона. Способы задания смесей. Определение средней газовой постоянной, молекулярной массы смеси.
Тема 3
Первый закон термодинамики Содержание первого закона термодинамики. Аналитическое выражение
закона. Внутренняя энергия как функция состояния тела. Изменение внутренней энергии. Работа и теплота как функции процесса. Определение работы в P − V диаграмме. Энтропия как функция состояния. Изменение энтропии для идеального газа. Определение теплоты процесса с помощью T − S координат.
Аналитическое исследование и графическое изображение в P − V и T − S координатах термодинамических процессов: изохорного, изобарного, изотермического, адиабатического, политропического.
Тема 4
Второй закон термодинамики Круговые процессы, или циклы. Прямые и обратные циклы. Оценка эф-
фективности цикла и его термический КПД. Прямой и обратный циклы Карно, вычисление термического КПД и холодильного коэффициента. Сущность второго закона термодинамики и его формулировки. Аналитическое выражение второго закона термодинамики.
Тема 5
Водяной пар, влажный воздух
Водяной пар. Основные определения. Процесс парообразования в P − V координатах. Определение параметров воды и водяного пара. T − S и i − S диаграммы водяного пара. Расчет основных термодинамических процессов водяного пара с помощью таблиц и i − S диаграммы.
Влажный воздух. Основные понятия и определения. Абсолютная и относительная влажности воздуха, влагосодержание. Температура точки росы. Удельный объем и энтальпия влажного воздуха. J − d диаграмма влажного воздуха. Расчет процессов сушки, подогрева с помощью J − d диаграммы.
Тема 6
Термодинамика потока, истечение газа и пара. Дросселирование
Уравнение первого закона термодинамики для потока. Сопло и диффузор. Адиабатическое течение в сопле. Истечение идеального газа через суживающееся сопло, критическая скорость и его расход.
Дросселирование газа и пара. Изменение параметров газов при дросселировании. Особенности дросселирования реального газа. Практическое использование процесса дросселирования. Изображение процесса дросселирования пара в i − S диаграмме.
Тема 7
Циклы поршневого компрессора тепловых двигателей и холодильных машин
Рабочий процесс и термическая индикаторная диаграмма поршневого одноступенчатого компрессора. Изотермическое, адиабатическое и политропное сжатия.
Циклы ДВС (двигателей внутреннего сгорания).
Циклы ГТУ (газотурбинных установок) и их анализ. Циклы паросиловых установок. Цикл ПСУ Ренкина и его исследование в P − V и T − S координатах. Пути повышения экономичности ПСУ. Основы теплофикации.
Цикл паровой компрессорной холодильной установки, его анализ в T − S координатах. Холодильный коэффициент.
ОСНОВЫ ТЕПЛООБМЕНА
Тема 8 Основные виды теплообмена. Основные понятия.
Тема 9 Теплопроводность. Понятия о температурном поле, температурном гра-
диенте, тепловом потоке. Уравнение Фурье. Коэффициент теплопроводности. Теплопроводность плоских и цилиндрических стенок.
Тема 10 Конвективный теплообмен. Закон Ньютона-Рихмана. Коэффициент теп-
лоотдачи. Факторы, оказывающие влияние на процесс теплоотдачи. Теплоотдача в свободном пространстве, при движении жидкости в каналах, при кипении жидкости и конденсации пара.
Тема 11 Лучистый теплообмен. Законы лучистого теплообмена. Лучистый тепло-
обмен между телами.
Тема 12 Процессы теплопередачи. Уравнение теплопередачи. Коэффициент теп-
лопередачи. Теплопередача через плоские и цилиндрические стенки. Интенсификация процесса теплопередачи. Тепловая изоляция.
Тема 13 Виды теплообменных аппаратов. Тепловой расчет рекуперативных теп-
лообменников.
I. Задание на контрольную работу для студентов специальности Автомобили и автомобильное хозяйство
Задание на контрольную работу содержит контрольные вопросы и задачи, номера которых студент выбирает из табл. 1.1.
Таблица 1.1
Варианты вопросов и задач
|
|
|
|
Последняя цифра шифра |
|
|
|
|||||
Задание |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
4 |
5 |
6 |
7 |
|
8 |
9 |
0 |
|
|
|
|
||||||||||
Номера |
1 |
2 |
3 |
|
4 |
5 |
6 |
7 |
|
8 |
9 |
0 |
контрольных |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
12 |
13 |
|
14 |
15 |
16 |
17 |
|
18 |
19 |
20 |
|
вопросов |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
4 |
5 |
3 |
2 |
|
1 |
4 |
5 |
Номера |
6 |
7 |
8 |
|
9 |
10 |
9 |
8 |
|
6 |
7 |
10 |
контрольных |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
задач |
11 |
12 |
13 |
|
14 |
15 |
12 |
13 |
|
14 |
11 |
15 |
|
20 |
19 |
18 |
|
17 |
16 |
17 |
18 |
|
20 |
19 |
16 |
|
25 |
24 |
23 |
|
22 |
21 |
24 |
23 |
|
22 |
25 |
21 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Контрольные вопросы
1.Перечислите основные параметры состояния газа. Каким уравнением они взаимосвязаны?
2.Дайте определение термодинамическому процессу. Способы задания термодинамических процессов. Основные параметры термодинамического процесса.
3.Дайте формулировку и аналитическое выражение первого закона термодинамики.
4.В каком термодинамическом процессе все подведенное к газу тепло идет только на увеличение его внутренней энергии? Изобразите этот процесс в P − V координатах.
5.Изобразите в P − V координатах процесс, в котором работа, совершаемая газом против внешних сил, осуществляется за счет его внутренней энергии.
6.Дайте определение процессу дросселирования газов или паров. Изобразите этот процесс в i − S диаграмме для водяного пара.
7.Дайте определение термодинамическому циклу. Какой цикл называется прямым и обратным? Для каких машин характерны эти циклы? Чем оценивается эффективность прямого и обратного циклов?
8.Изобразите в P − V координатах цикл ДВС с подводом тепла при V = const . Как повысить термический КПД этого цикла?
9.Изобразите в P − V координатах цикл ДВС, работающего по схеме бескомпрессорного дизеля. Проанализируйте пути повышения термического КПД этого цикла.
10.В чем разница термодинамических циклов паросиловых установок конденсационного и теплофикационного типов? Изобразите циклы этих установок в T − S диаграммах водяного пара.
11.Изобразите в T − S координатах для пара цикл компрессионной холодильной установки. Какие термодинамические процессы составляют этот цикл?
12.Какими способами передаётся тепло через тела и между телами?
13.Коэффициент теплопроводности, его размерность и численные значения для газов, жидкостей, теплоизоляционных материалов и металлов.
14.Охарактеризуйте физическую сущность процесса конвективного теплообмена. Изобразите и проанализируйте уравнение Ньютона-Рихмана. Какова физическая сущность коэффициента теплоотдачи?
15.Какие основные факторы оказывают влияние на конвективный теплообмен?
16.Покажите, что теплоотдача при турбулентном режиме движения жидкости в цилиндрических каналах больше, чем при ламинарном режиме.
17.Какие режимы кипения жидкости могут иметь место в теплообменных аппаратах?
18.Объясните природу теплового излучения, дайте понятия чёрного, белого и прозрачного тел.
19.В чём сущность сложного теплообмена? Дайте определение коэффициента теплопередачи.
20.Укажите разновидности теплообменных аппаратов и объясните назначение конструкторского расчета рекуперативных теплообменных аппаратов.
Контрольные задачи
ЗАДАЧА № 1
Смесь газов, заданная по массе, занимает объем V при постоянном избыточном давлении Pизб. и температуре t .
Рассчитать газовую постоянную смеси, среднюю молекулярную массу, парциальное давление одного из компонентов смеси, массу смеси, объёмный состав смеси, среднюю мольную, объёмную и массовую теплоёмкости смеси при постоянном давлении для интервала температур 0Kt °C. Давление атмо-
сферы 740 мм рт. ст. Данные для решения задачи выбрать из табл. 1.2. Таблица 1.2
|
|
|
Предпоследняя цифра шифра |
|
|
||||||
Массовый состав |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
||
смеси, % |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
СО2 |
18 |
14 |
10 |
17 |
10 |
15 |
17 |
16 |
13 |
18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н2О |
1 |
15 |
6 |
5 |
4 |
7 |
14 |
7 |
12 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N2 |
65 |
45 |
76 |
70 |
80 |
60 |
47 |
62 |
54 |
46 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O2 |
16 |
26 |
8 |
8 |
6 |
18 |
27 |
15 |
21 |
26 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V, м3 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ризб., бар |
10 |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t, °C |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
600 |
500 |
400 |
300 |
200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|