Типовая учебная программа образование высшее профессиональное Бакалавриат тепломассообмен нмт205 по специальности 050717 Теплоэнергетика 4 кредита (180 часов)

Вид материала

Программа

Содержание 2 Утверждена и введена в действие Пояснительная записка Цель курса Задачи курса Математическая формулировка задач теплопроводности Решение задач стационарной теплопроводности с внутренним источником теплоты Основы теории нестационарной теплопроводности (НТП) Тепловой расчет теплообменников Конвективный теплообмен в однородной среде [1;7] Теоретические основы конвективного теплообмена в однородной среде Теплообмен при ламинарном течении Куэтта Теория подобия конвективного теплообмена Основы теории теплового пограничного слоя (ТПС) Основы теории турбулентного конвективного теплообмена Гидродинамическая теория теплообмена Теплоотдача при вынужденном обтекании пластины Теплоотдача при вынужденном течении жидкости в трубе Теплоотдача в условиях свободной конвекции (УСК) Теплообмен при конденсации чистого пара (КЧП) Теплоотдача при кипении жидкости (КЖ) ... Полное содержание

Подобный материал:

• Типовая учебная программа образование высшее профессиональное Бакалавриат Механика, 136.74kb.
• Типовая учебная программа образование высшее профессиональное Бакалавриат электрические, 86.55kb.
• Типовая учебная программа образование высшее профессиональное бакалавриат «основы фармакологии», 439.66kb.
• Типовая учебная программа образование высшее профессиональное Бакалавриат Теоретические, 167.87kb.
• Типовая учебная программа образование высшее профессиональное бакалавриат цифровые, 79.04kb.
• Типовая учебная программа образование высшее профессиональное бакалавриат технологии, 109.42kb.
• Типовая учебная программа образование высшее профессиональное бакалавриат теория электрической, 128.35kb.
• Типовая учебная программа образование высшее профессиональное Бакалавриат электроника, 69.03kb.
• Типовая учебная программа образование высшее профессиональное бакалавриат электроника, 88.06kb.
• Типовая учебная программа образование высшее профессиональное Бакалавриат Теория электрических, 69.1kb.

ТИПОВАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА

Образование высшее профессиональное

Бакалавриат

ТЕПЛОМАССООБМЕН

НМТ205


по специальности 050717 – Теплоэнергетика


4 кредита (180 часов)


Министерство образования и науки

Республики Казахстан


Алматы

2005

Предисловие


1 РАЗРАБОТАНА И ВНЕСЕНА Советом учебно-методического объединения по специальностям энергетики, радиоэлектроники и телекоммуникации Алматинского института энергетики и связи.


2 УТВЕРЖДЕНА И ВВЕДЕНА В ДЕЙСТВИЕ приказом Министерства образования и науки Республики Казахстан от «___»________2005 г №______


3 ВВЕДЕНА ВПЕРВЫЕ


4 Типовая программа разработана в соответствии с государственным общеобязательным стандартом образования по специальности 050717 – Теплоэнергетика


5 Программа рекомендована к изданию Советом учебно-методического объединения по специальностям энергетики, радиоэлектроники и телекоммуникации Алматинского института энергетики и связи.


Настоящая типовая программа не может быть тиражирована и распространена без разрешения Министерства образования и науки Республики Казахстан

Пояснительная записка


Курс «Тепломассообмен» является обязательным предметом для студентов специальности 050717 Теплоэнергетика и включается в учебные планы в качестве базовой дисциплины.

Цель курса – дать студентам обширные знания о фундаментальных законах, закономерностях и методах анализа и расчёта процессов тепломассообмена, выработать практические навыки определения характеристик тепломассообменных процессов теплоэнергетических устройств и аппаратов.

Задачи курса – изучить основные теоретические положения, точные и приближённые методы решения уравнений процессов тепломассообмена, представляющие интерес для подготовки специалистов квалификации «Теплоэнергетика» широкого профиля.

Для изучения курса «Тепломассообмен» необходимы знания по Физике, Математике, Химии, Механике жидкости и газа и Технической термодинамике. Знания курса «Тепломассообмен» используется при изучении всех профилирующих дисциплин, курсовых и дипломных, выпускных работ.

В результате изучения дисциплины студенты должны:

иметь представление:

• о явлениях переноса импульса, тепла и массы;
  
• о решениях уравнения теплопроводности и простейшей системы уравнений конвективного теплообмена в однородной среде с постоянными теплофизическими свойствами при различных условиях однозначности;
  
• о решениях задач конвективного теплообмена методами теплового пограничного слоя, подобия явлений теплообмена, релаксации, конечных разностей и элементов физических аналогий и моделирования процессов теплообмена;
  
• о тепломассообмене при фазовых переходах и химических превращениях;
  
• об основных понятиях и законах массообмена и тройной аналогии;
  
• о методах расчёта контактного тепломассообмена в парогазовой смеси с использованием Hd-диаграмм влажного воздуха и влажных дымовых газов;
  
• о лучистом теплообмене, о методах расчёта результирующего лучистого потока;
  
• о теплопередаче, методах интенсификации теплопередачи и расчёта теплообменных аппаратов;
  

знать:

• основные закономерности тепломассообмена;
  

уметь:

• определять коэффициент теплоотдачи при естественном и вынужденном движениях жидкости, а также при фазовых переходах;
  
• рассчитывать теплообмен излучением и теплоотдачу при сложном теплообмене;
  
• рассчитывать теплопередачу и определять тепловые потери различных элементов теплообменных аппаратов;
  

владеть:

• методами экспериментального исследования теплообмена и обработки результатов эксперимента.
  
• методами интенсификации теплообмена.
  

1. Содержание дисциплины
   

1. Теплопроводность
   

1. Введение. Закон Фурье и его приложение к решению задач стационарной теплопроводности
   

Предмет и метод тепломассобмена. Температурное поле и градиент температуры. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности. Тепловой поток теплопроводности. Аналогия между тепловым потоком и электрическим током. Термическое сопротивление теплопроводности и его физические и геометрические составляющие. Геометрический фактор термического сопротивления. Средние значения поверхности теплообмена и коэффициента теплопроводности. Тепловой поток теплопроводности тел различной формы. Распределение температуры в телах различной формы с постоянными и переменными значениями коэффициента теплопроводности. Стационарная теплопроводность многослойной стенки различной формы.

2. Математическая формулировка задач теплопроводности
   

Дифференциальное уравнение теплопроводности (ДУТ). Коэффициент температуропроводности. Условия однозначности ДУТ. Коэффициент теплоотдачи. Критерий Био. Приближенные: графический, численный, аналогии методы решения задач.

3. Решение задач стационарной теплопроводности с внутренним источником теплоты
   

Стационарная теплопроводность пластины, стержня неограниченной и конечной длины с внутренними источниками теплоты постоянной мощности.

4. Основы теории нестационарной теплопроводности (НТП)
   

Безразмерное ДУТ. Критерий Фурье. Решение ДУТ пластины методом Фурье. Анализ полученного решения. НТП тел конечных размеров. Тепловой регулярный режим и его значение.

2. Теплопередача [1;7]
   

1.2.1 Основы теории теплопередачи (ТП)

Формулы ТП и температуры стенок. Коэффициенты ТП тел различной формы. Критический диаметр цилиндрической стенки. Пути интенсификации ТП. Теплопередача ребристой стенки. Эффект оребрения стенки.

2. Тепловой расчет теплообменников
   

Средний температурный напор прямо и противоточных теплообменников (ППТ). Расчет выходной температуры теплоносителей. Сравнение эффективности ППТ. Средний температурный напор сложных теплообменников.

2. Конвективный теплообмен в однородной среде [1;7]
   

1. Общие понятия теории конвективного теплообмена
   

Задачи конвективного теплообмена. Характеристика и пути определения коэффициента теплоотдачи. Составление уравнения теплоотдачи на основе понятия вязкого подслоя.

2. Теоретические основы конвективного теплообмена в однородной среде
   

Составление уравнения энергии. Его анализ. Приближённый учёт подъёмной силы в уравнениях движения вязкой несжимаемой жидкости. Система дифференциальных уравнений слабонеизотермического теплообмена слабосжимаемой вязкой жидкости и условия однозначности. Повышение температуры вследствие адиабатического торможения.

3. Теплообмен при ламинарном течении Куэтта
   

Распределение скорости и температуры. Связь между адиабатными температурами сжатия и трения. Коэффициент восстановления. Максимальная температура.

4. Теория подобия конвективного теплообмена
   

Приведение дифференциальных уравнений конвективного теплообмена к безразмерному виду. Критерий подобия и критериальные уравнения. Моделирование. Эмпирический метод получения критериальных уравнений.

5. Основы теории теплового пограничного слоя (ТПС)
   

Исходные положения. Основные результаты теории динамического ПС. Получение уравнения энергии и характеристика системы дифференциальных уравнений двухмерного ТПС.

6. Основы теории турбулентного конвективного теплообмена
   

Турбулентный перенос импульса и тепла. Составление дифференциальных уравнений и вывод интегрального уравнения турбулентного ТПС. Переход ламинарного течения в турбулентное. Релаксационная схема расчёта теплообмена при переходном режиме течения. Представление о структуре ТПС. Логарифмический закон распределения температуры.

7. Гидродинамическая теория теплообмена
   

Физическое и турбулентное числа Прандтля. Аналогия Рейнольдса. Уравнения Прандтля – Тейлора и Кармана. Формула Райхардта.

8. Теплоотдача при вынужденном обтекании пластины
   

Основные положения и результаты точного и приближённого решений динамической задачи при ламинарном обтекании пластины (ЛОП). Точное и приближённое решения тепловой задачи при ЛОП.

Влияние неизотермичности потока на теплоотдачу. Температурный фактор. Поправка акад. М.А. Михеева. Теплоотдача пластины с переменной температурой. Теплоотдача пластины с начальным необогреваемым участком. Теплоотдача пластины в турбулентном потоке и в условиях переходного режима течения жидкости.

9. Теплоотдача при вынужденном течении жидкости в трубе
   

Особенности теплообмена. Уравнение Лайона. Теплоотдача при ламинарном, турбулентном и переходном режимах течения жидкости в трубе. Теплоотдача при течении жидкости в изогнутых и шероховатых трубах и в трубах некруглого поперечного сечения.

10. Теплоотдача в условиях свободной конвекции (УСК)
    

Точные решения и экспериментальные данные теплоотдачи тел в УСК.

11. Теплоотдача при внешнем обтекании трубы
    

Теплоотдача при внешнем обтекании одиночной трубы, шахматных и коридорных пучков труб.

3. Тепломассообмен при фазовом переходе и химических превращениях
   

1. Теплообмен при конденсации чистого пара (КЧП)
   

Особенности и решение Нуссельта для теплоотдачи при плёночной КЧП. Анализ решения Нуссельта. Влияние ориентации тела. Теплоотдача при плёночной конденсации движущегося пара на горизонтальных одиночных трубах и пучках труб и на вертикальной стенке, а также внутри труб. Механизм теплообмена и теоретические и экспериментальные данные теплоотдачи при капельной конденсации пара.

2. Теплоотдача при кипении жидкости (КЖ)
   

Работа и минимальный радиус образования пузырька. Влияние на теплоотдачу температурного напора и минимального радиуса образования, роста и отрыва пузырьков. Переход от пузырькового к плёночному режиму кипения жидкости. Теплоотдача при пузырьковом КЖ в условиях свободного движения. Теплоотдача при пузырьковом КЖ в условиях вынужденного движения в трубах. Расчёт критической тепловой нагрузки при КЖ.

Факторы высокой интенсивности теплообмена при фазовых переходах. Понятие о тепловых трубах.

3. Тепломассообмен (ТМО) в двухкомпонентной среде и при химических превращениях
   

Механизмы, виды и закон диффузии. Стефанов поток. Тепло- и массоотдача. Уравнение массоотдачи. Системы дифференциальных и критериальных уравнений массоотдачи. Тройная аналогия. ТМО при конденсации пара в парогазовой смеси. ТМО при испарении жидкости в парогазовую среду. ТМО при химических превращениях.

3. Теплообмен излучением
   

1. Основы теории теплового излучения в прозрачной среде
   

Основные законы излучения. Методы исследования лучистого теплообмена. Геометрические характеристики системы излучающих тел и свойства лучистых потоков. Теплообмен излучением между теплом и оболочкой. Лучистый теплообмен между плоскопараллельными поверхностями. Лучистый теплообмен между серыми телами с высокими коэффициентами поглощения. Доказательство теоремы взаимности лучистых потоков. Метод поточной алгебры. Определение угловых коэффициентов облучённости (УКО) методом поточной алгебры. Расчёт УКО пучка труб. Действие теплозащитных экранов.

2. Теплообмен излучением в полупрозрачных средах
   

Особенности излучения и поглощения газов. Расчёт теплового излучения продуктов сгорания. Тепловое излучение пламени.

2. Примерный перечень тем практических занятий
   

1. Стационарная теплопроводность.
   
2. Нестационарная теплопроводность.
   
3. Теплопередача. Пути интенсификации теплопередачи.
   
4. Теория подобия в ТМО.
   
5. Теплоотдача плоской стенки.
   
6. Теплоотдача при течении жидкости в трубе.
   
7. Теплоотдача при свободной конвекции и поперечном обтекании труб.
   
8. Тепломассобмен при фазовых переходах и химических превращениях.
   
9. Основные законы излучения. Геометрические характеристики системы излучающих тел. Метод поточной алгебры.
   
10. Лучистый теплообмен между телами.
    
11. Действие теплозащитных экранов.
    
12. Теплообмен излучением в полупрозрачных средах.
    
13. Тепловой расчёт теплообменных аппаратов.
    

2. Примерный перечень лабораторных работ
   

1. Определение коэффициента теплопроводности тела методом цилиндрической стенки.
   
2. Определение температурной зависимости коэффициента температуропроводности сыпучих материалов динамическим методом.
   
3. Исследования эффективности оребрения стенки.
   
4. Изучение теплоотдачи при вынужденном обтекании пластины.
   
5. Изучение теплоотдачи при вынужденном течении жидкости в трубе.
   
6. Определение турбулентного числа Прандтля.
   
7. Изучение теплоотдачи при конденсации водяного пара.
   
8. Определение степени черноты проволоки методом вязкого режима естественной конвекции.
   
9. Компьютерное определение угловых коэффициентов облученности двух пластин методом Монте-Карло.
   

2. Примерный перечень расчётно-графических работ
   

1. Теплопередача многослойной плоской стенки.
   
2. Теплопередача цилиндрической стенки.
   
3. Лучистый теплообмен продуктов сгорания в пучке труб.
   
4. Теплопередача пароперегревателя.
   

2. Рекомендуемый перечень тем самостоятельной работы
   

1. Краткая история развития учения о тепломассообмене.
   
2. Решение задач стационарный теплопроводности для тел различной канонической формы без внутреннего источника тепла с помощью дифференциального уравнения Фурье, методами конечных разностей и элементов релаксации, конечных разностей и элементов
   
3. Решение задач нестационарной теплопроводности для цилиндрического и сферического слоя.
   
4. Тепловой регулярный режим высокотеплопроводных деталей (вращающихся регенераторов, электрических машин и др.) [4].
   
5. Определение теплоемкости, коэффициентов теплопроводности, теплоотдачи, степени черноты методом теплового регулярного режима [1].
   
6. Тепловые волны [4].
   
7. Теплопередача пористых тел [1,4].
   
8. Теплообмен в дисперсных средах.
   
9. Контактный теплообмен.
   
10. Тепловой расчет смесительных теплообменников.
    
11. Теплопередача и гидравлическое сопротивление труб.
    
12. Особенности теплообмена газо-газовых теплообменников.
    
13. Составление уравнений теплообмена методом размерностей.
    
14. Численные методы исследования теплоотдачи в каналах.
    
15. Интегральные уравнения динамического и теплового пограничного слоя.
    
16. Критерий теплового взаимодействия при физико-химическом превращении вещества (критерий Кутателадзе).
    
17. Теплоиспользующие аппараты на тепловых трубах.
    
18. Исследование тепломассоотдачи методом диффузионного пограничного слоя.
    
19. Дифференциальные уравнения сжимаемого теплового пограничного слоя.
    
20. Особенности тепломассообмена в пограничном слое с химическими реакциями.
    
21. Методы расчета контактного теплообмена при конденсации влаги из дымовых газов с помощью Hd – диаграммы влажных газов.
    

6 Рекомендуемый перечень лабораторного оборудования для проведения лабораторного практикума

№ п/п	Наименование	Ед.изм.	Кол-во
6.1	Определение коэффициента теплопроводности тела методом цилиндрической стенки
1	Электронагреватель	Шт	1
2	Медная трубка	--"-	1
3	Исследуемый изоляционный материал	--"-	1
4	Термопары ХА	--"-	10
5	Вльтметр	--"-	1
6	Амперметр	--"-	1
7	Миливольтметр	--"-	1
6.2	Определение температурной зависимости коэффициента температуропроводности сыпучих материалов динамическим методом
1	Исследуемое тело	Шт	1
2	Цилиндрический корпус	--"-	1
3	Электронагреватель	--"-	1
4	Термопары	--"-	3
5	Миливольтметр	--"-	1
6.3	Исследование эффективности оребрения
1	Гладкая труба	Шт	1
2	Оребренная труба	--"-	1
3	Термопары ХА	--"-	8
4	Вльтметр	--"-	1
5	Амперметр	--"-	1
6	Миливольтметр	--"-	1
6.4	Изучение теплоотдачи при вынужденном движении жидкости в трубе
1	Вентилятор	Шт	1
2	Трубка Пита	--"-	1
3	Микроманометр	--"-	1
4	Опытная трубка	--"-	1
5	Термопары	--"-	2
6	Электронагреватель	--"-	1
7	Миливольтметр	--"-	1
8	Трансформатор	--"-	1
6.5	Изучение теплоотдачи при вынужденном обтекании пластины
1	Аэродинамическая труба	Шт	1
2	Исследуемая пластина	--"-	1
3	Вентилятор	--"-	1
4	Микроманометр	--"-	1
5	Автотрансформатор	--"-	1
6	Амперметр	--"-	1
7	Вльтметр	--"-	1
8	Термопары	--"-	5
9	Миливольтметр	--"-	1
6.6	Определение турбулентного числа Прандтля
1	Вентилятор	Шт	1
2	Электронагреватель	--"-	1
3	Сопло	--"-	1
4	Трубка Пито	--"-	1
5	Термопары	--"-	1
6	Миливольтметр	--"-	1
7	Микроманометр	--"-	1
8	Автотрансформатор	--"-	1
6.7	Изучение теплоотдачи при конденсации водяного пара
1	Электронагреватель	Шт	1
2	Трансформатор	--"-	1
3	Термопары	--"-	5
4	Миливольтметр	--"-	1
5	Опытная установка	--"-	1
6.8	Определение степени черноты проволоки методом вязкого подслоя
1	Опытная проволока	Шт	1
2	ЛАТР	--"-	1
3	Селеновый выпрямитель	--"-	1
4	Миливольтметр	--"-	1
5	Мост постоянного тока	--"-	1

Рекомендуемая литература


Основная литература

1. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача: Учебник. – М.: Энергоиздат, 1981. – 416 с.
   
2. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче: Учебное пособие. – М.: Энергия, 1980. – 288 с.
   
3. Практикум по теплопередаче /Солодов А.П., Цветков Ф.Ф., Елисеев В.В., Осипова В.А.-М.: Энергоатомиздат, 1986. – 296 с.
   

Дополнительная литература

4. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена:-М.: Атомиздат, 1979. – 425 с.
   
5. Теория тепломассообмена/Под ред. А.И. Леонтьева. – М.: Высш. шк., 1984. – 495с.
   
6. Галин Н.М., Кириллов П.Л. Тепломассобмен (в ядерной энергетике). – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 376с.
   
7. Теплотехника: Учебник для вузов. Луканин В.Н., Шатров М.Г., Камфер Г.М. изд. 2-е перер. – М.:Высшая школа, 2000. – 671 с.
   
8. Темирбаев Д.Ж., Жылумаңызалмасу: Оқу құралы. Алматы: АЭжБИ 1998. –109 б.
   
9. Юдаев Б.Н. Техническая термодинамика. Теплопередача. – М.: Высш. шк., 1998. – 479 с.
   
10. Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче/Под ред. Юдаева Б.Н. – М.: Высш. шк., 1968. – 372 с.
    
11. Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче/Под ред. Юдаева Б.Н. – М.: ВШ, 1964. – 372 с.
    
12. Авчухов В.В., Паюсте Б.Я. Задачник по процессам теплоомассообмена. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 144 с.
    
13. Темирбаев Д.Ж. Тепломассообмен: Решение задач с использованием ЭВМ. – Алматы: АИЭС, 2004. – 64 с.
    
14. Темирбаев Д.Ж. Тепломассообмен: Лабораторный практикум. – Алматы: АИЭС, 2003. – 44 с.
    

Автор:

Темирбаев Д.Ж. - доктор технических наук, профессор энергетики, кафедра Теплоэнергетические установки Алматинского института энергетики и связи.