Раздел 3: Основы теплопередачи.
Плюснина Антонина преподаватель электротехники и электроники ГОУ СПО
Михайловна «Воркутинский горно-экономический колледж»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Учебной дисциплиной «Термодинамика» предусмотрено изучение законов термодинамики, термодинамических процессов.
По данной дисциплине предусмотрено выполнение одной домашней контрольной работы № 1.
Материал, выносимый на установочные и обзорные занятия, а также перечень выполняемых практических занятий определяется учебным заведением исходя из профиля подготовки выпускников, соответствующего учебного плана.
На установочных занятиях студентов знакомят с программой дисциплины, методикой работы над учебным материалом и выполнения контрольной работы.
Выполнение контрольной работы определяет степень усвоения студентами изученного материала и умение применять полученные знания при решении практических задач.
Варианты контрольной работы составлены применительно ие процессы действующей рабочей программы по дисциплине.
Учебный материал рекомендуется изучать, в той последовательности, которая указана в методических указаниях:
- ознакомление с тематическим планом и методическими указаниями по темам;
- изучение программного материала по указанной литературе;
- составление ответов на вопросы самоконтроля по темам;
При изучении материала необходимо соблюдать единство терминологии, обозначений, единиц измерения в соответствии с ГОСТами.
В результате изучения дисциплины студент должен:
Иметь представление:
- о влиянии расчетов на обеспечение нормального теплотехнического режима ;
Знать:
- основные физические свойства жидкостей и газов;
- основы термодинамики и теплопередачи;
Уметь:
- рассчитывать физические и тепловые характеристики характеристики газов;
- выбирать насосы и вентиляторы в зависимости от конкретных условий использования.
Тематический план учебной дисциплины
Раздел 1. Основные физические свойства жидкостей и газов.
1.1 . Основные физические свойства жидкостей и газов.
Раздел 2. Термодинамика.
2.1.Рабочее тело. Основные законы идеальных газов.
2.2.Газовые смеси.
2.3.Первый закон термодинамики.
2.4. Теплоемкость.
2.5. Термодинамические процессы изменения состояния идеального газа.
2,6.Второй закон термодинамики.
2.7. Водяной пар.
2.8.Термодинамические циклы паросиловых установок.
Раздел 3. Основы теплопередачи.
3.1. Основы теории теплообмена.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ТЕМАМ И ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ.
Раздел 1. Основные физические свойства жидкостей и газов.
Тема 1.1. Основные физические свойства жидкостей и газов.
При изучении данной темы следует обратить внимание на физические характеристики жидкостей и газов, размерности и их переходы от одних единиц измерения к другим.
Вопросы для самоконтроля.
1. Дайте определение нормальной и реальной жидкостей.
2. Назовите основные физические свойства жидкостей.
3. Каков физический смысл динамического и кинематического коэффициентов вязкости?
4. Как изменяется вязкость капельных жидкостей при изменении их температуры и давления?
5. Какая существует зависимость между плотностью и объемным весом жидкости?
Раздел 2. Термодинамика.
Тема 2.1. Рабочее тело. Основные законы идеальных газов.
При изучении данной темы надо усвоить понятие «рабочее тело». Знать основные параметры рабочего тела и зависимость его состояния от этих параметров (уравнение состояния идеальных газов).
Следует изучить системы единиц, применяемых в теплотехнике, знать выражение основных величин в Международной системе единиц «СИ».
Вопросы для самоконтроля.
1. Что называется рабочим телом?
2. Какими основными параметрами определяется состояние рабочего тела?
3. Какой газ называется идеальным?
4. Какая существует зависимость идеальным объемом/ плотностью?
5. Какие основные законы идеальных газов Вы знаете?
6. Какой физический смысл имеет газовая постоянная?
7. Чем отличается уравнение состояния идеального газа от уравнения состояния реального газа?
Тема 2.2. Газовые смеси.
При изучении данной темы необходимо усвоить основные законы газовых смесей.
Вопросы для самоконтроля.
1. Что такое парциальное давление?
2. В чем заключается закон Дальтона?
3. Какие существуют способы задания смеси?
4. Как определяется газовая постоянная смеси?
5. Как определяется парциальное давление компонента смеси?
Тема 2.3. Первый закон термодинамики.
При изучении данной темы необходимо усвоить понятие «термодинамический процесс», знать, что термодинамика изучает обратимые процессы, которые можно изображать графически в координатах P—U: уяснить, что первый закон термодинамики является частным случаем общего закона сохранения и превращения энергии.
Закон устанавливает количественную связь между теплом и работой в различных термодинамических процессах.
Количество теплоты, сообщенное рабочему телу, идет на изменение его внутренней энергии и на совершение работы.
При изучении данной темы надо обратить внимание на вводимые дополнительные параметры рабочего тела: внутреннюю энергию и энтальпию.
Вопросы для самоконтроля.
1. Какой процесс называется равновесным?
2. Что собой представляет обратимый процесс?
3. Как формулируется первый закон термодинамики?
4. Как определяется внутренняя энергия идеального газа?
5. Что называется энтальпией?
Тема 2.4. Теплоемкость.
В термодинамических расчетах, связанных с определением количества тепла, большое значение имеет теплоемкость.
Необходимо усвоить размерности массовой, объемной и киломольной теплоемкости и знать их взаимосвязь.
Надо иметь ввиду, что в таблицах объемная теплоемкость дается приведенной к единице объема при нормальных условиях (t = 0oC, p = 760 мм рт.ст.).
Следует иметь в виду, что в расчетах, не требующих большой точности, часто принимаются теплоемкости Ср и Су постоянными, не зависящими от температуры.
Вопросы для самоконтроля.
1. Что называется теплоемкостью?
2. Что называется удельной теплотой вещества?
3. Какая зависимость существует между массой, объемной и киломольной теплоемкостями?
Тема 2.5. Термодинамические процессы изменения состояния идеального газа.
При изучении данной темы надо усвоить частные случаи политропного процесса (изохорный, изобарный, изотермический, адиабатный ), знать их выражение в системах координат Р – V и TS и усвоить выражение первого закона термодинамики для каждого из этих процессов.
Надо обратить внимание на то, что уравнение политропы аналогично уравнению адиабаты, поэтому все математические выводы, основанные на применении уравнения PVk = const, могут быть перенесены на политропные процессы путем замены показателя адиабаты к на показатель политропы n.
Вопросы для самоконтроля.
1. В каком процессе все подводимое тепло расходуется на уменьшение внутренней энергии?
2. В каком процессе все подводимое тепло на совершение внешней работы?
3. Напишите уравнение первого закона термодинамики применительно к четырем основным термодинамическим процессам.
Тема 2.6. Второй закон термодинамики.
При изучении термодинамических циклов необходимо уяснить конечную цель совершения круговых процессов, назначение прямых и обратных циклов, знать как оценивается термический коэффициент полезного действия.
Рассмотрение цикла Карно очень наглядно позволяет уяснить закон термодинамики и пределы полезного использования тепловой энергии.
Рассмотрение идеального цикла Карно позволяет судить о наибольшем теоретически возможном использовании тепловой энергии.
Эффективность идеального цикла, степень его совершенства оцениваются термиче ским коэффициентом полезного действия.
Со вторым законом термодинамики тесно связано понятие энтропии, которое наряду с внутренней энергией, энтальпий, является дополнительным параметром рабочего тела.
Вопросы для самоконтроля.
1. Какова сущность второго закона термодинамики?
2. Какая связь между изменением энтропии и количеством подводимого тепла в изотермическом процессе?
3. Из каких процессов состоит цикл Карно?
4. Чему равен термический КПД цикла Карно?
5. Почему КПД цикла Карно не может быть равен единице?
2.7.Водяной пар.
При изучении данной темы необходимо усвоить, что водяной
пар как рабочее тело имеет очень широкое применение в паровых
двигателях, а также как теплоноситель в нагревательных
устройствах.
Водяной пар при условиях, в которых он работает в тепловых
двигателях, надо рассматривать как реальный газ.
Надо знать, что для определения параметров водяного пара
широко используются единые таблицы и расчетные диаграммы.
Особенно большое значение имеет i – S - диаграмма для
водяного пара. Она позволяет по двум заданным параметрам найти
третий.
Вопросы для самоконтроля
1. Являются ли давление и температура в процессе кипения
независимыми параметрами?
2. Покажите в Р - V-диаграмме характерные области и линии
процесса парообразования?
3. Какой пар называется перегретым?
4. Какая точка называется критической?
5. Как пользоваться i – S - диаграммой?
2.8.Термодинамические циклы паросиловых установок.
В данной теме особое внимание следует уделить изучению
идеального цикла паросиловой (паротурбинной) установки; циклу
Ренкина. Необходимо знать изображение этого цикла в Р - V-
диаграмме, обратить внимание на способы повышения
термического КПД паротурбинной установки.
Надо усвоить, что наиболее эффективным видом централизо-
ванного теплоснабжения является теплофикация, при которой теп-
ловая энергия получается на тепловых электростанциях (ТЭЦ), а
также основные преимущества централизованного
теплоснабжения.
Вопросы для самоконтроля
1. Как изображается цикл Ренкина в Р - V-диаграмме?
2. Какие существуют способы повышения термического КПД
паротурбинной установки?
3. Что называется теплофикацией?
Раздел 3: Основы теплопередачи.
Тема 3.1. Основы теории теплообмена.
При изучении темы следует обратить внимание на то, что
процессы переноса и распространения тепла встречаются почти во
всех отраслях техники.
Так процессы преобразования в котлах, превращение теплоты в
механическую работу в тепловых двигателях, получение холода в
холодильниках, и т.д. сопровождаются передачей тепла,
теплопроводностью (закон Фурье).
Необходимо знать определение и размер коэффициента
теплопроводности ознакомиться с коэффициентами
теплопроводности различных тел, используя таблицы.
Следует усвоить понятие температурного градиента, термичес-
кого сопротивления и коэффициента теплопередачи.
Необходимо уметь определять удельный тепловой поток и
количество тепла, проходящего в единицу времени через
однослойные и многослойные плоские и цилиндрические стенки.
Вопросы для самоконтроля.
1. Какие виды теплообмена Вы знаете?
2. Напишите выражение закона теплопроводности (закон Фурье).
3. Дайте анализ закона Фурье.
4. Что называется коэффициентом теплопроводности и в каких
единицах он измеряется?
5. Что такое коэффициент теплопередачи?