Geum.ru

Рабочая программа по курсу «Теоретические основы теплотехники» для специальности 140106

Вид материалаРабочая программа

Содержание


Распределение часов и формы отчетности
Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе.
Подобный материал:




ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ


УТВЕРЖДАЮ


Проректор по учебной работе

(декан факультета)

"___"______________200__г.


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по курсу «Теоретические основы теплотехники»

для специальности 140106


Факультет Энергетический

Кафедра гидравлики и теплотехники

Курс: второй, третий

Семестры: четвертый, пятый, шестой

Лекции: 34 часа, 51 часа, 34 часов

Лабораторные занятия: 34 часа, 34 часа, 34 часа

Самостоятельная работа 274 часа

Курсовая работа: четвертый семестр

Домашнее задание: пятый семестр

Курсовой проект: шестой семестр

Зачеты: четвертый, пятый семестры

Экзамены: шестой семестр

Всего аудиторных занятий 206 часов

Всего часов 480


Тамбов 2006 г.


Рабочая программа составлена на основании "Примерной программы дисциплины «Теплотехника»", утвержденной Министерством образования Р.Ф, Москва, 2001 г. и с учетом краткого содержания названной дисциплины в Государственном образовательном стандарте для специальности 101600


Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры Г и Т, протокол № ___ от "____"__________________2002г.


Зав кафедрой

проф. Н.П. Жуков


Рабочая программа одобрена методической комиссией факультета

_________________________________________________________________

"____"_______________200___г.

Председатель


Составитель рабочей

программы, к.т.н.,

проф. Ляшков В.И.


ВВЕДЕНИЕ.

Одной из проблем современного этапа развития отечественной экономики является разработка и внедрение высокоэффективных, энерго- и ресурсосберегающих технологий, обеспечивающих производство товаров и услуг, конкурентоспособных на мировом рынке. В этом плане тепловые процессы очень часто являются определяющими как экономичность производства, так и качество продукции. Важную роль в решении названной проблемы играет повышение качества энергетической, в частности теплотехнической подготовки дипломированных специалистов для народного хозяйства, особенно призванных работать в энергетической отрасли.

Курс "Теоретические основы теплотехники" призван вооружить будущих специалистов – теплоэнергетиков такими знаниями, которые позволят им эффективно и грамотно решать встающие новые проблемы. Структурно этот курс состоит из технической термодинамики, изучающей законы трансформации различных видов энергии друг в друга и принципиальные схемы теплоэнергетических установок, теплопередачи, изучающей законы распространения теплоты в пространстве, включая и прикладную часть, в которой рассматривается устройство, принцип действия и основы теплотехнических расчетов различных тепловых машин, теплогенерирующего и теплоиспользующего оборудования, а также основ теории горения, включая изучение характеристик и свойств технических топлив.

Рабочая программа по курсу " Теоретические основы теплотехники " состоит соответственно из трех разделов.

Первый раздел - "Основы технической термодинамики" включает лекционные занятия, лабораторные работы и практические занятия. Предусматривается выполнение одной курсовой работы.

Во втором разделе - "Основы теплопередачи", также предусматривается лекционные, лабораторные и практические занятия и одна курсовая работа.

Третий раздел "Топливо и основы теории горения" изучается на заключительном этапе курса на лекционных занятиях и лабораторных работах. Как обобщающая и заключительная задача курса здесь выполняется курсовой проект.

Программа предусматривает усиление практической подготовки студентов за счет активизации их самостоятельной работы, широкого применения вычислительной техники при выполнении курсовых работ и курсовых проектов, а также при выполнении лабораторного практикума. Предусматривается также активизация всех видов учебного процесса за счет использования технических средств обучения и автоматизированных обучающих систем.


Распределение учебных часов по учебному плану.


Семестр
Кол-во недель

Распределение часов и формы отчетности

Лекции, часов
Практические. занятия, часов
Лабораторные работы, часов
Самостоятельная работа, часов
Всего часов
Курсовая работа

(60 часов)
Курсовой проект

(80 часов)
Лаборат. работы
Зачет
Экзамен

4
17
34



34
85
153
1

защита
-
12,

отчет
1
-

5
17
51



34
85
153
-
-
10

отчет
1
-

6
17
34



34
104
174



1

защита
4

отчет
-
1



  1. Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе.
    1. Цель преподавания - теоретическая и практическая подготовка будущих инженеров –теплоэнергетиков по вопросам теплотехнической эффективности технологических процессов и оборудования. Особое внимание уделяется изучению теоретических основ, определяющих суть и особенности процессов получения, преобразования и передачи тепловой энергии, с целью обеспечения у студентов знаний, необходимых для самостоятельной и творческой деятельности при проектировании, монтаже и эксплуатации различного теплотехнического и теплотехнологического оборудования.
    2. Задачей курса является формирование у студентов знаний:
  • теплотехнической терминологии;
  • законов получения и преобразования энергии;
  • методов анализа энергетической эффективности процессов и машин, использующих тепловую энергию;
  • методов контроля параметров теплотехнических процессов;
  • методов измерения теплофизических характеристик рабочих тел и материалов;
  • областей применения и потенциальных возможностей основного теплотехнического оборудования;
  • возможностей выявления и использования вторичных энергорессурсов.

В задачу курса так же входит передача студентами практических навыков и умений:
  • в области экспериментальных методов определения теплофизических характеристик;
  • в области измерения основных теплотехнических показателей процессов и машин.

В результате изучения дисциплины студент должен уметь:
  • выполнять тепловые расчеты для отдельных процессов;
  • выполнять тепловые расчеты для основного теплотехнического оборудования, применяемого в ракзличных отраслях промышленности и особенно в энергетике;
  • подбирать стандартные приборы и методы для измерения и контроля теплотехнических параметров процессов.


2. Содержание дисциплины.

2.1. Техническая термодинамика (фактически).

Лекции - 34 часа

Лабораторные работы - 24 часа

Практические занятия - 10 часов

Самостоятельная работа:

курсовая работа по термодинамике - 60 часов,

компьютерный коллоквиум по термодинамике – 10 часов,

работа с электронным учебником "Цикл парокомпрессорной холодильной машины" – 15 часов


2.1.1. Основные понятия и определения термодинамики.

Предмет и метод технической термодинамики. Термодинамическая система, параметры ее состояния. Понятие энтропии. Уравнение состояния идеальных и реальных газов.

Термодинамический процесс. Понятие о равновесных и неравновесных процессах. Работа и теплота процесса.

Теплоемкость. Истинная и средняя теплоемкость. Теплоемкость процесса. Удельная теплоемкость. Методы расчета и экспериментального определения теплоемкостей, как одной из важнейших теплофизических характеристик вещества.

2.1.2. Первый закон термодинамики.

Сущность первого закона термодинамики и его формулировки. Внутренняя энергия, энтальпия и другие характеристические функции. Эксергия. Математическая запись первого закона термодинамики для обратимых и необратимых процессов. Дифференциальные соотношение термодинамики, их роль и значение.

2.1.3. Второй закон термодинамики. Различные его трактовки, критика теории тепловой смерти Вселенной. Изменение энтропии в необратимых процессах.

2.1.4. Анализ идеальных термодинамических процессов.

Политропные процессы: связь между параметрами, изменение термодинамических функций, теплота и работа за процесс. Изображение в координатах P-V и T-S основных термодинамических процессов: изохорного, изобарного, изотермического и адиабатного. Графический анализ политропных процессов.

2.1.5 Реальные газы и пары, уравнение Ван-дер-Ваальса. Термические коэффициенты и связь между ними. Свойства воды и водяного пара. Таблицы состояний и h – s диаграмма воды и пара. Влажный пар. Расчет термодинамических процессов с водой и паром с помощью таблиц и h – s диаграммы. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса, его практическое значение.

2.1.6. Общий анализ циклов. Термический КПД тепловой машины и холодильный коэффициент холодильной машины. Цикл Карно и его анализ. Изменение энтропии S в обратимых и необратимых циклах. Второй закон термодинамики применительно к теории циклов.

2.1.7. Термодинамика газового потока.

Уравнение сохранения энергии для потока и его анализ. Скорость истечения и расход газа через сопло. Связь меду скоростью газа и скоростью звука. Кризис течения, сопло Лаваля, его расчетный режим. Дросселирование газов и паров. Принципиальные основы методов измерения расходов газа и температуры потока. Процесс вытекания газа из сосуда с постоянным объемом.

2.1.8. Газовые смеси, их состав и свойства. Смешивание газов в больших объемах и смешивание газовых потоков. Изменение энтропии при смешивании газов. Влажный воздух и его характеристики, диаграмма H-d. Процессы с влажным воздухом. Расчеты процессов в сушилках.

2.1.9. Основы химической термодинамики. Понятие о химическом потенциале, тепловом эффекте химических реакций, условиях равновесия многокомпонентных систем.

2.1.10. Циклы ДВС, ГТУ, холодильных и компрегирующих машин. Основы устройства и принцип действия машин. Термодинамические циклы машин и оценка их эффективности. Сравнительный анализ циклов.

2.1.11. Циклы паросиловых установок. Принципиальная схема паросиловой установки. Цикл Ренкина, термический КПД цикла Ренкина, изображение цикла в координатах p-V, T-S и h-S. Влияние начальных и конечных параметров на термический КПД цикла Ренкина. Повышение эффективности тепловых циклов.

2.1.12. Новые способы преобразования энергии. Топливные элементы; солнечные батареи; термоэлектрические генераторы; Магнитогидродинамические генераторы; вихревой эффект.


2.2. Теплопередача (фактически)

Лекции - 51 час

Лабораторные работы - 20 часов

Практические занятия - 14 часов

Самостоятельная работа (домашнее задание по теплопередаче)- 85 часов


2.2.1.Основные понятия и определения теории теплообмена.

Предмет и задачи теплообмена. Основные понятия и определения. Виды и механизмы переноса теплоты: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение. Основные уравнения теплопроводности, теплоотдачи и теплопередачи. Термические сопротивления.

2.2.2. Теплопроводность.

Температурное поле. Градиент температуры. Закон Фурье. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Условия однозначности, граничные условия первого, второго, третьего и четвертого рода. Коэффициент температуропроводности.

Стационарная теплопроводность плоской однослойной и многослойной стенки в граничных условиях первого, третьего рода и при смешанных граничных условиях. Теплопередача через ребристую стенку.

Теплопроводность однослойной и многослойной цилиндрической стенки в граничных условиях первого и третьего рода. Теплопроводность при наличии внутренних источников или стоков тепла.

Определение коэффициента теплопроводности стационарными методами с использованием уравнений теплопроводности плоской или цилиндрической стенки.

Критический диаметр тепловой изоляции, оптимальная изоляция.

2.2.3. Нестационарные процессы теплопроводности, методы решения задач нестационарной теплопроводности. Охлаждение (нагревание) неограниченной пластины в граничных условиях первого и третьего рода. Плоские и трехмерные задачи нестационарной теплопроводности.

Метод источников теплоты.

Регулярный режим и определение коэффициентов температуропроводности и теплопроводности на его основе.

2.2.4. Численные методы решения задач теплопроводности.

2.2.5.Конвективный теплообмен.

Основные положения теории пограничного слоя. Основные понятия и уравнения конвективного теплообмена. Местный и средний коэффициент теплоотдачи.

Дифференциальные уравнения конвективного теплообмена: уравнение движения (уравнение Навье - Стокса), уравнение сохранения энергии для потока жидкости (уравнение Фурье - Кирхгофа), уравнение теплоотдачи (закон теплообмена). Уравнение неразрывности потока. Условия однозначности для решения системы дифференциальных уравнений конвективного теплообмена.

Основы теории подобия. Основное свойство подобных явлений. Условия подобия физических явлений. Моделирование процессов конвективного теплообмена. Критериальные уравнения.


Теплоотдача при вынужденном движении жидкости. Решение задач конвективного теплообмена методом теории подобия при вынужденном движении жидкости около плоской поверхности, при течении жидкости в трубах и каналах, при поперечном обтекании труб и пучков труб.

Теплоотдача при свободном движении жидкости. Теплоотдачи при свободной конвекции в большом объеме у вертикальных поверхностей и горизонтальных трубах. Критериальные уравнения для свободной конвекции.

Основные механизмы переноса теплоты при изменении агрегатного состояния теплоносителя. Теплоотдача при кипении в большом объеме и в трубах. Кризис кипения, критические тепловые нагрузки. Теплоотдача при пленочной конденсации на вертикальных поверхностях и горизонтальных трубах. Влияние отдельных факторов на интенсивность теплооотдачи при кипении и конденсации.

2.2.6. Теплообмен излучением.

Законы теплового излучения. Теплообмен между телами, разделенными прозрачной средой. Защита от излучения, экраны. Излучение и поглощение газов. Сложный теплообмен.

2.2.7.Теплопередача.

Коэффициент теплопередачи. Пути и способы интенсификации процессов теплопередачи..

2.2.8. Основы теплового расчета теплообменных аппаратов.

Назначение, классификация и схемы теплообменных аппаратов. Принцип теплового расчета теплообменных аппаратов. Средний температурный напор. Конструктивный и поверочный тепловой расчет теплообменных аппаратов.

2.2.9. Массообменные процессы: основные понятия и законы. Массопроводность, массоотдача, массопередача. Основы методики технических расчетов.


2.3. Характеристики топлив и основы теории горения (фактически)

Лекции - 34 часа

Лабораторные работы - 16 часов

Практические занятия - 22 часов

Самостоятельная работа (курсовой проект по дисциплине)- 104 часов


2.3.1. Топливо, его основные характеристики. Классификация топлив. Виды сжигаемого топлива. Перспективы применения различных топлив в промышленности. Твердое, жидкое и газообразное топлива. Элементарный состав топлива. Теплота сгорания. Условное топливо. Структура топливного баланса страны. Проблема экономии топлива и пути ее решения.

2.3.2 Основы теории горения и организация сжигания топлив. Основы сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива, а также отходов производств. Очистка дымовых газов.

2.3.3 Расчеты процессов горения жидкого, твердого и газообразного топлива. Определение теоретически необходимого количества воздуха. Коэффициент избытка воздуха. Определение объемов и энтальпии продуктов сгорания топлива. Н-t - диаграмма продуктов сгорания.

2.3.4. Характеристики топочных устройств, теплообмен в топочных устройствах, расчет конвективных поверхностей нагрева котлоагрегата, их золового износа

2.4.Лабораторные занятия, их наименование, объем в часах.

2.4.1. Техническая термодинамика.

Работа № 1 "Методы измерения температуры" - 2 ч.

Работа № 2 "Измерение теплоемкости воздуха" - 2 ч.

Работа № 3 "Измерение теплоемкости жидкостей" - 2 ч.

Работа № 4 "Измерение теплоемкости твердых тел"-2 ч.

Работа № 5 "Измерение газовой постоянной воздуха" 2 ч.

Работа № 6 "Исследование изохорного процесса" 2 ч.

Работа № 7 "Измерение теплоты парообразования водяного пара" 2 ч.

Работа № 8 "Исследование холодильного цикла" - 2 ч.

Работа № 9 "Истечение воздуха через суживающееся сопло" - 2 ч.

Работа № 10 "Исследование делящей вихревой трубы"-2 ч.

Работа № 11 "Испытания самовакуумирующейся вихревой трубы"-2 ч.

Работа № 12 "Измерение параметров влажного воздуха" 2 ч.

2.4.2. Теория теплообмена.

Работа № 1 "Определение коэффициента теплопроводности твердых тел стационарным методом плоского слоя" - 2 ч.

Работа № 2 "Определение коэффициента теплопроводности твердых тел стационарным методом цилиндрического слоя" - 2 ч.

Работа № 3 "Определение коэффициента температуропроводности твердых тел методом регулярного режима" - 2 ч.

Работа № 4 "Определение коэффициента теплопроводности твердых тел би­калориметром Бегунковой" - 2 ч.

Работа № 5 "Исследование теплоотдачи при свободной конвекции от горизонтальной трубы" - 2 ч.

Работа № 6 "Исследование теплоотдачи при свободной конвекции от вертикальной поверхности" - 2 ч.

Работа № 7 "Определение коэффициента теплоотдачи при течении жидкости в трубе" - 2 ч.

Работа № 8 "Определение коэффициента теплоотдачи при конденсации водяного пара на горизонтальной трубе" - 2 ч.

Работа № 9 "Определение коэффициента теплопередачи в теплообменнике типа «Труба в трубе»" - 2 ч.

Работа № 10 "Определение коэффициента излучения методом сравнения" - 2 ч.

2.4.3. Характеристики топлив и основы теории горения

Работа №1 "Технический анализ твердого топлива" – 4 ч.

Работа №2 "Анализ дымовых газов" – 4 ч.

Работа №3 "Определение теплоты сгорания твердого топлива" – 4 ч.

Работа №4 "Определение теплоты сгорания жидкого топлива" – 4 ч.

2.5. Темы практических и семинарских занятий.

2.5.1. Техническая термодинамика.

1. Расчет термодинамических процессов с идеальным газом – 2ч.

2.Водяной пар, определение параметров воды и пара с помощью таблиц и h-S диаграммы – 2ч.

3.Расчет термодинамических процессов с водой и паром – 2ч.

4. Расчет процессов истечения газов и паров в простых каналах и сопле Лаваля – 2ч.

5. Защита лабораторных работ – 2ч.

2.5.2.Теплопередача.

1.Теплопроводность плоских и цилиндрических стенок при стационарном температурном поле – 2 ч.

2. Теплопроводность при нестационарных режимах – 2 ч.

3. Теплоотдача при свободной конвекции – 2 ч.

4.Теплоотдача при вынужденной конвекции в трубах и каналах – 2 ч.

5. Теплоотдача при конденсации – 2 ч.

6. Теплоотдача при кипении – 2 ч.

7. Защита лабораторных работ – 2 ч.

2.5.3. Характеристики топлив и основы теории горения

1. Технические характеристики топлив – 4 ч.

2. Расчет горения топлива, определение объема и энтальпии продуктов сгорания – 4 ч.

3. Тепловой баланс котельного агрегата - 4 ч.

4. Характеристики топочных устройств– 4 ч.

5. Теплообмен в топочных устройствах – 4 ч.

6. Расчет конвективных поверхностей нагрева котлоагрегата – 4 ч.

7. Защита курсового проекта – 2 часа.

2.6. Курсовые работы и курсовой проект

2.6.1. Курсовая работа по термодинамике.

Тема: "Термодинамический анализ теплосиловых и холодильных циклов (ДВС, ГТУ, ХГМ, паросиловые циклы) и процессов во влажном воздухе».

Цель работы: изучить устройство и принцип действия соответствующей машины или установки, ее термодинамический цикл. Закрепить теоретические знания при расчете характеристик каждого процесса и цикла в целом. Приобрести навыки работы с технической и справочной литературой, познакомиться с методикой компьютерного обучения и специальными программными комплексами для решения поставленных задач на персональных компьютерах.

6.2. Домашнее задание по теплопередаче.

Тема: «Расчет процессов стационарной и нестационарной теплопроводности в телах сложной геометрической формы. Тепловой расчет рекуперативных теплообменников».

Цель работы: закрепить и освоить в практических расчетах теоретические знания по разделу "Теплопередача", приобрести навыки работы с учебной и справочной литературой, а также со специальными программными комплексами для персональных компьютеров.

6.3. Курсовой проект по дисциплине «Теоретические основы теплотехники»

Темы курсового проекта:

1. Парокомпрессорная холодильная установка заданной хладопроизводительности.

2. Сушилка для лесоматериалов с тепловым насосом.

3. Печь для выпечки вафельных листов.

4. Котел парообразователь (по типу котла Д-900).

5. Водогрейный котел малой производительности (типа НИИСТУ –5).

6. Стальной водогрейный котел (по типу котла КАСВ-1,86ЛЖ)


7. Учебно-методическая литература.

7.1. Литература к лекционному курсу.

1. Кириллин В.А., Сычев В.В., Щейндлин А.Е. Техническая термодинамика. М.: Наука, 1979. - 512 с.

2. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. М.: Энергоиздат, 1981, - 416 с.

3. Теплотехника /под ред. В.И. Крутова, М.: Машиностроение, 1986, - 432 с.

4. Ляшков В.И. Теоретические основы теплотехники. М:. Машиностроение - 1, 2002, - 260 с.

5. Ляшков В.И. Основы термодинамики. Тамбов. ТГТУ, 1994, - 96 с.

6. Ляшков В.И. Основы теплопередачи. Тамбов. ТГТУ, 1996, - 116 с.

7. Мухачев М.А., Щукин В.К. Термодинамика и теплопередача. М., 1991. - 482 с.


7.2. Литература к лабораторным занятиям.

1. Термодинамика. Методические указания к лабораторным работам. ТИХМ. 1992, - 33 с.

2. Теплопередача. Методические указания к лабораторным работам. ТИХМ. 1995, - 32 с.

3. Измерение теплоемкости. Методические указания к лабораторным работам. ТГТУ, 2003, 17 с.

4. Исследование процесса истечения воздуха через суживающееся сопло. Методические указания к лабораторной работе. Тамбов, ТГТУ. –2004 16 с.

5. Исследование теплопроводности твердых тел стационарным методом плоского слоя. Методические указания к лабораторной работе. Тамбов, ТГТУ. –2005. 12 с.

6. Технический анализ твердого топлива. Методические указания к лабораторным работам. ТИХМ. 1977, 32 с.


7.3. Литература к практическим занятиям.

1. Рабинович О.Н. Сборник задач по технической термодинамики. М.: Машиностроение, 1973. - 393 с.

2. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче, М.: Энергия, 1975. 280 с.

3. Панкратов Г.П. Сборник задач по теплотехнике. М.: 1995, - 238 с.


7.4. Литература к курсовым работам и курсовому проекту

1. Курсовая работа по термодинамике с примерами расчетов и оформления. Сост. Ляшков В.И., ТГТУ, 2003. - 37 с.

2. Курсовая работа по теплопередаче с примерами расчетов и оформления. Сост. Ляшков В.И., ТГТУ, 2003. - 42 с.

3. Ляшков В.И. Компьютерные расчеты в термодинамике. Тамбов. ТГТУ, 1997г. - 163 с.

4. Примеры расчетов и оформления домашних заданий по термодинамике. Сост. Ляшков В.И. ТГТУ, 1995, - 36 с.

5. Тепловой расчет теплообменных аппаратов. Сост. Ляшков В.И., Черепенников И.А. ТИХМ, 1991, - 48 с.


7.5. Программные комплексы для самостоятельной работы.

1. Компьютерный коллоквиум №1 по термодинамике. Кафедра Г и Т, 2000.

2. Компьютерный коллоквиум №2 по термодинамике. Кафедра Г и Т, 2003.

3. Электронное учебное пособие "Газовые циклы". Кафедра Г и Т, 1999.

4. Электронный учебник "Расчет теплообменников". Кафедра Г и Т, 1997.