ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА

ОМСК 2006

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный университет путей сообщения

Учебное пособие

Омск 2006

УДК 621.1:536.7(07)

ББК 31.31я7

К89

Термодинамика и теплопередача: Учебное пособие / В. Н. Кузнецов, В. В. Овсянников, А. С. Анисимов, М. В. Кокшаров, В. В. Крайнов; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2006. 128 с.

В первых трех разделах настоящего учебного пособия рассмотрены состояние газа, газовые процессы и газовые циклы с анализом эффективности работы двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных установок. В четвертом разделе представлены свойства воды и водяного пара, циклы паросиловых установок, пути повышения их экономичности; приведены сведения о циклах холодильных установок и свойствах влажного воздуха. Пятый раздел посвящен изучению закономерностей основных видов теплопереноса – теплопроводности, конвективного теплообмена и лучеиспускания. В приложениях приведены справочные данные, необходимые для решения теплотехнических задач.

Пособие предназначено для студентов нетеплотехнических специальностей.

Библиогр.: 7 назв. Табл. 4. Рис. 90.

Рецензенты: доктор техн. наук, профессор В. И. Гриценко;

доктор техн. наук, профессор А. С. Ненишев;

доктор техн. наук, профессор Е. И. Сковородников.

Омский гос. университет путей сообщения, 2006

Оглавление

Введение.. 5

1. Основные понятия и определения. Состояние газа... 7

1.1. Метод термодинамики. Термодинамическая система. Рабочее тело... 7

1.2. Основные параметры состояния, их измерение.. 8

1.3. Законы идеального газа... 11

1.4. Смеси идеальных газов... 14

1.5. Понятие теплоемкости газов... 17

2. Первый закон термодинамики. Газовые процессы.... 19

2.1. Виды энергии, внутренняя энергия, внешняя работа... 19

2.2. Уравнение первого закона термодинамики. Энтальпия газа... 21

2.3. Энтропия. Свойства Т, s-диаграммы.... 24

2.4. Термодинамические процессы, их исследование.. 26

2.5. Процессы сжатия в компрессоре.. 38

3. Второй закон термодинамики. Газовые циклы.... 42

3.1. Цикл, его термический КПД. Понятие обратного цикла... 42

3.2. Цикл Карно. Формулировки второго закона термодинамики... 45

3.3. Энтропия необратимых процессов... 49

3.4. Циклы двигателей внутреннего сгорания... 51

3.5. Циклы газотурбинных установок... 58

4. Водяной пар... 62

4.1. Свойства воды и водяного пара. Диаграммы состояния р, v; T, s; h, s 62

4.2. Истечение и дросселирование газов и паров... 69

4.3. Цикл Ренкина. Пути повышения КПД паросиловых установок... 79

4.4. Цикл холодильной установки... 87

4.5. Влажный воздух... 88

5. Основы теплообмена... 93

5.1. Теплопроводность... 96

5.2. Конвективный теплообмен... 101

5.3. Теплопередача... 107

5.4. Теплообмен излучением.... 110

5.5. Теплообменные аппараты.... 116

Библиографический список... 121

Приложение. Таблицы физических свойств различных веществ... 122

Введение

Настоящее пособие предназначено для студентов высших учебных заведений Федерального агентства железнодорожного транспорта, обучающихся по тепловозной, вагонной и машиностроительной специальностям механического факультета, а также для специальности «Подвижной состав электрического транспорта» электромеханического факультета.

Курс «Термодинамика и теплопередача» предполагает подготовку студентов по теоретическим основам теплотехники. Первые четыре раздела посвящены изучению свойств газов и паров, процессов изменения их состояния, термодинамических циклов различных тепловых двигателей и холодильных установок. В пятом разделе рассматриваются основы теплообмена, способы интенсификации передачи тепла в тепломассообменных аппаратах.

Основным содержанием технической термодинамики является изучение процессов взаимного преобразования тепловой и механической энергии. В основу термодинамики положены два основных закона, установленных многовековым опытом деятельности человечества. Первый закон термодинамики характеризует балансовую сторону процессов превращения энергии. Он является количественным выражением закона сохранения и превращения энергии применительно к тепловым процессам. Второй закон термодинамики устанавливает направленность протекания процессов.

Цикличность протекания процессов в реальных теплосиловых установках позволяет ввести понятие цикла и его термического коэффициента полезного действия. Такой метод термодинамики дает возможность оценки эффективности тепловых двигателей, применяемых на предприятиях промышленности и транспорта, наметить пути повышения их экономичности и надежности.

Разработка и эксплуатация теплогенерирующих и теплопотребляющих установок связана с вопросами увеличения мощности теплового потока через единицу площади поверхности стенки, снижения тепловых потерь в окружающую среду, улучшения свойств теплопроводящих и теплоизоляционных материалов, выбора оптимальных характеристик теплоносителей и рациональной конструкции теплообменных аппаратов. В основе решения этих вопросов лежит учение о теплообмене, под которым понимают перенос тепла от одних частей системы к другим при наличии разности температур между ними.

По каждому из разделов планируется вслед за лекцией проведение лабораторной работы, практического аудиторного занятия с решением задач, а также выполнение домашнего задания. В конце изучения раздела проводится собеседование со студентами или тестирование с применением ЭВМ и выставляется оценка.

Такой метод изучения дисциплины и пораздельной отчетности способствует стимулированию ритмичности самостоятельной работы студентов в течение семестра и контролю за ней со стороны преподавателя, ведет к интенсификации учебного процесса, а в итоге – к повышению успеваемости студентов и качества обучения.

Основные понятия и определения. Состояние газа