Sillabus

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Казахский национальный технический университет имени К.И.Сатпаева
Горно-металлургический институт им.О.А.Байконурова
Кафедра металлургических процессов, теплотехники и технологии специальных материалов
«Утверждаю»
Директор ГМИ
_____________Рысбеков К.Б.
«_______»___________2012 г.
ПРОГРАММА КУРСА (SYLLABUS)
по дисциплине
«Техническая термодинамика»
Специальность – «5В070900 - Металлургия»
Форма обучения – дневная
Всего 3 кредита
Курс 3
Семестр 5
Лекции – 30 часов
Практические занятия – 15 часов
Рубежный контроль (количество) – 2
СРС – 45 часов
СРСП – 45 часов
СРСП (офис) - 30
СРСП (ауд) -15
Всего аудиторных часов – 60
Всего внеаудиторных часов – 75
Трудоемкость 135 часов
Экзамен в 5 семестре
Алматы 2012
Программа курса составлена: Айтеновым К.Д., доцентом, канд. техн. наук на основании
рабочего учебного плана специальности «5В070900 - Металлургия»
Программа рассмотрена на заседании кафедры
теплотехника и технология специальных материалов»
«Металлургические
процессы,
«____»__________2012 г. Протокол № ____
Зав.кафедрой __________________Байконурова А.О.
Одобрена методическим Советом института металлургии и полиграфии
«____»__________2012 г. Протокол №____
Председатель_____________________Рысбеков К.Б.
Сведения о преподавателях:
Айтенов Кенесбай Джолдасбаевич, базовое образование: специальность «Металлургия
цветных металлов» КазПТИ им. В.И. Ленина, доцент кафедры «Металлургические процессы,
теплотехника и технология специальных материалов», канд. техн. наук, общий стаж работы
по специальности – 28 лет, стаж работы в КазНТУ – 18 лет, НПС – 10 лет.
Офис: кафедра «Металлургические процессы, теплотехника и технология специальных материалов» Института металлургии и полиграфии Казахского национального технического
университета имени К.И. Сатпаева
Адрес: 050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22, каб. 236 ГМК
Тел.: 257-70-43
Факс: нет
Е-mail: akd020459@mail.ru
2
1. Цели и задачи дисциплины
Цель преподавания дисциплины - дать студентам знания об основных законах
термодинамики, рассматривающие закономерности взаимного превращения теплоты в
работу и устанавливающий взаимосвязь между тепловыми, механическими и химическими
процессами, которые совершаются в тепловых и холодильных машинах, изучает процессы,
происходящие в газах и парах, а также свойства этих тел при различных физических
условиях.
Основные задачи дисциплины – это получение студентами
1) знаний:
– о термодинамических параметрах состояния и термодинамических системах;
– об основных законах идеальных и реальных газов, теплоемкости газов;
– о первом и втором законах термодинамики;
2) умений:
– анализировать основные законы термодинамики;
– определять термодинамические процессы;
– освоение навыков по решению задач рассматривающие закономерности взаимного
превращения теплоты в работу, а также устанавливающие взаимосвязь между тепловыми,
механическими и химическими процессами, которые совершаются в тепловых и
холодильных машинах;
Пререквизиты дисциплины: «Физика», «Высшая математика».
Постреквизиты дисциплины: «Металлургическая теплотехника», проектирование
дипломной работы.
2. Система оценки знаний студентов
Распределение рейтинговых процентов дисциплины по видам контроля приведены в
таблице 1.
Таблица 1
Распределение рейтинговых процентов по видам контроля
Вид итогового контроля
Виды контроля
%
Итоговый контроль (экзамен)
Рубежный контроль
Текущий контроль
Экзамен
100
100
100
Сроки сдачи результатов текущего контроля определяются календарным графиком
учебного процесса по дисциплине (Таблица 2).
Таблица 2
Календарный график сдачи всех видов контроля
по дисциплине «Техническая термодинамика»
Недели
Кол-во
контролей
1 2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
- 1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
П2
П3
П4
К1
СР1
РК1
П5
П6
П7
П8
Виды
- П1
контроля
К2 СР2 РК2
Виды контроля: П – практические занятия, К – контрольная работа, РК – рубежный
контроль, СР – самостоятельная работа.
Итоговая оценка по дисциплине определяется по шкале, приведенной в таблице 3.
3
3. Содержание дисциплины
Основное содержание дисциплины, в которое входят содержание и объем
лекционных и практических занятий, краткая характеристика самостоятельной работы
студента и его работы с преподавателем, отражено в таблицах 4–10.
Таблица 3
Оценка знаний студентов
Оценка
Отлично
Хорошо
Удовлетворительно
Неудовлетворительно
Буквенный
эквивалент
А
АВ+
В
ВС+
С
СD+
D
F
В процентах (%)
В баллах
95-100
90-94
85-89
80-84
75-79
70-74
65-69
60-64
55-59
50-54
0-49
4
3,67
3,33
3,0
2,67
2,33
2,0
1,67
1,33
1,0
0
Таблица 4
Распределение часов по видам занятий
Наименование темы
1. Введение.
2. Термодинамические система, процесс и
равновесие.
3. Идеальные газы. Свойства идеальных газов.
4. Реальные газы. Свойства реальных газов.
5. Первый закон термодинамики
6. Обратимые и необратимые процессы.
Энтальпия.
7. Теплоемкость.
8. Термодинамические процессы.
9. Второй закон термодинамики. Циклы Карно.
10. Теорема Карно. Максимальная работа.
Эксергия.
11. Водяной пар. Основные понятия и
определения.
12. Основные параметры и диаграммы водяного
пара.
Термодинамические процессы
изменения состояния водяного пара.
13. Дросселирование газов и паров.
14. Дросселирование Ван-дер-Ваальсова газа.
Кривая инверсии. Смешение газов.
15. Влажный воздух
Всего (часов)
4
Количество академических часов
Практ.
Лекции
СРСП СРС
занятия
2
3
3
2
2
3
3
2
2
2
1
1
2
3
3
3
3
3
3
2
-
3
3
2
2
2
2
2
3
3
3
3
3
3
2
-
3
3
2
-
3
3
2
2
3
3
2
-
3
3
2
1
3
3
2
30
2
15
3
45
3
45
Таблица 5
Наименование тем лекционных занятий, их содержание, объем в часах
Наименование
темы лекции
1. Введение
2. Термодинамические система,
процесс и
равновесие.
3. Идеальные
газы. Свойства
идеальных газов.
4. Реальные газы.
Свойства
реальных газов.
5. Первый закон
термодинамики.
6. Обратимые и
необратимые
процессы.
Энтальпия.
7. Теплоемкость.
Содержание лекции
Предмет технической термодинамики. Части термодинамики.
Рабочее тело, его определение. Основные термодинамические
параметры состояния.
Термодинамическая система. Термодинамический процесс.
Равновесный и неравновесный термодинамические процессы.
Термодинамическое равновесие. Теплота и работа.
Уравнение состояния идеальных газов. Закон Бойля-Мариотта.
Закон Гей-Люссака для идеальных газов. Универсальное
уравнение состояния идеального газа. Способы задания смеси
газов. Основные свойства газовых смесей.
Уравнение
состояния
Ван-дер-Ваальса. Определение
температуры Бойля. Термические коэффициенты.
Первый закон термодинамики. Закон сохранения и
превращения энергии. Внутренняя энергия. Аналитическое
выражение работы процесса.
Обратимые и необратимые процессы. Аналитическое
выражение первого закона термодинамики. Энтальпия.
Физический смысл энтальпии.
Основные определения. Массовая, объемная и мольная
теплоемкости газов. Элементы молекулярно-кинетической и
квантовой теории теплоемкости. Истинная и средняя
теплоемкости. Теплоемкость смесей идеальных газов.
8.Термодинамиче Энтропия. Вычисление энтропии идеального газа для
ские процессы.
обратимых и необратимых процессов. Изохорный процесс.
Изобарный процесс. Изотермный процесс. Адиабатный
процесс. Политропные процессы.
9. Второй закон
Основные положения второго закона термодинамики.
термодинамики.
Круговые термодинамические процессы или циклы.
Циклы Карно.
Термический к.п.д. и холодильный коэффициент циклов.
Прямой обратимый цикл Карно. Обратный обратимый цикл
Карно.
10.
Теорема
Карно.
Максимальная
работа. Эксергия.
Теорема Карно. Свойства обратимых и необратимых циклов и
математическое выражение второго закона термодинамики.
Изменения энтропии в обратимых и необратимых процессах.
Принцип возрастания энтропии и физический смысл второго
термодинамики.
11. Водяной пар.
Основные
понятия и
определения.
Особенности рv-диаграммы водяного пара. Основные
параметры жидкости и сухого насыщенного пара. Теплота
парообразования.
5
Объем,
час.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Наименование
темы лекции
12. Основные
параметры и
диаграммы
водяного пара.
Содержание лекции
Продолжение таблицы 5
Объем,
час.
Основные параметры влажного насыщенного водяного пара.
Основные параметры перегретого пара.Ts-диаграмма водяного
пара. is -диаграмма
водяного пара. Термодинамические
процессы изменения состояния водяного пара.
13.
Первый закон термодинамики в применении к потоку
Дросселирование движущегося газа. Работа проталкивания. Дальнейшее
газов и паров.
развитие уравнения первого закона термодинамики для
потока..
14.
Дросселирование
Ван-дерВаальсова газа.
Кривая инверсии.
Смешение газов.
Дросселирование водяного пара. Определение инверсионной
кривой. Смешение газовых потоков. Смешение газов при
постоянном объеме. Располагаемая работа при истечении газа.
Адиабатный процесс истечения газа. Истечение капельной
жидкости. Скорость истечения и секундный расход идеального
газа из суживающегося сопла. Случаи истечения идеального
газа из суживающегося сопла.. Истечение водяного пара
15.Влажный
воздух.
Основные понятия и определения. Особенности рv-диаграммы
водяного пара. Основные параметры жидкости и сухого
насыщенного пара. Теплота парообразования. Основные
параметры влажного насыщенного водяного пара. Основные
параметры перегретого пара. Энтропия воды и водяного пара.
Тs-диаграмма водяного пара. Общие понятия. Абсолютная
влажность, влагосодержание и относительная влажность
воздуха. Плотность, газовая постоянная и энтальпия влажного
воздуха. id- диаграмма влажного воздуха
ВСЕГО:
2
2
2
2
30
Таблица 6
Наименование тем практических занятий, их содержание и объем в часах
Наименование
практического
занятия
1.Рабочее тело и его
основные параметры.
Содержание практического занятия
Определение физического состояния рабочего тела
тремя параметрами состояния: температурой, давлением и
удельным объемом.
2. Идеальные и реальные Определение давления р смеси идеальных газов в
двигателях внутреннего сгорания, газовых турбинах,
газы.
компрессорах и т.п.
3. Первый закон
Первый закон термодинамики является частным случаем
термодинамики
общего закона сохранения и превращения энергии
применительно к процессам взаимного превращения
теплоты и работы. Сумма всех видов энергии
изолированной системы при любых происходящих в
системе процессов остается постоянной
6
Объем,
час.
2
2
2
Наименование
практического
занятия
4. Теплоемкость.
Термодинамические
процессы.
5. Второй закон
термодинамики.
6. Водяной пар.
7. Истечение и
дросселирование газов
и паров.
8. Влажный воздух.
Продолжение таблицы 6
Содержание практического занятия
Объем,
час.
Определение теплоемкости тела, необходимое для
повышения его температуры на 1 градус. Определение
теплоемкости единицы количества вещества или
удельной теплоемкости. Различают удельные
теплоемкости массовую – с, кДж/(кг·К); объемную – С,
кДж/(м3·К); мольную – μс, кДж/(моль·К). Определение
изменения состояния тела при взаимодействии его с
окружающей средой называемый термодинамическим
процессом.
Установить направление протекания самопроизвольных тепловых процессов в природе и определяет
условия превращения теплоты в работу. Закон
утверждает, что теплота в природе самопроизвольно
переходит только от тел более нагретых к менее
нагретым.
Определение удельного объема влажного пара,
теплоты, энтальпии, энтропии сухого насыщенного
пара.
Истечение газов и паров рассчитывается на основе
первого закона термодинамики для движущегося газа,
учитывающего работу проталкивания газа и изменение
его кинетической энергии в потоке.
Плотность пара в объеме влажного воздуха ρп, кг/м3,
называют абсолютной влажностью воздуха. Каждому
состоянию влажного воздуха соответствует вполне
определенное максимально возможное значение
плотности пара ρп.м. Если температура влажного
воздуха t меньше или равна температуре насыщения
водяного пара tн при давлении смеси р, то величина ρп.м
определяется по температуре t с помощью таблиц
насыщенного водяного пара. Если температура смеси t
больше tн, то ρп.м определяется по таблицам перегретого
водяного пара для значений t и p.
ВСЕГО:
2
2
2
1
2
15
Таблица 7
Самостоятельная работа студента (СРС)
Номер недели
1
2
3
4
5
Вид и содержание СРС
Объем, час
Выполнение
индивидуального
задания
на
тему
3
«Основные термодинамические параметры состояния»
Выполнение
индивидуального
задания
на
тему
3
«Основные законы идеальных газов»
Выполнение индивидуального задания на тему:
3
«Основные свойства газовых смесей»
Выполнение индивидуального задания на тему: «Закон
3
сохранения и превращения энергии»
Подготовка к контрольной работе № 1 (К1)
3
7
Продолжение таблицы 7
Номер недели
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
ИТОГО:
Вид и содержание СРС
Подготовка индивидуальных заданий по СР1
Подготовка к рубежному контролю № 1 (РК1)
Выполнение индивидуального задания на тему:
«Основные положения второго закона термодинамики»
Выполнение индивидуального задания на тему:
«Истечение и дросселирование газов и паров»
Выполнение индивидуального задания на тему: «Водяной
пар»
Выполнение индивидуального задания на тему: «Влажный
воздух»
Подготовка к контрольной работе № 2 (К2)
Подготовка индивидуальных заданий по СР2
Подготовка к рубежному контролю № 2 (РК2)
Подготовка к экзамену
Объем, час
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
45
Таблица 8
Самостоятельная работа студента под руководством преподавателя (СРСП)
Номер недели
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
ИТОГО:
Вид и содержание СРСП
Решение типовых задач по теме «Основные параметры
рабочего тела».
Определение термодинамических параметров состояния.
Решение типовых практических задач по определению
абсолютного и барометрического давлений.
Решение задач по определению плотности вещества.
Решение задач по определению удельного объема тела.
Определение молекулярной массы, плотности и давления.
Определение парциального давления, массового состава
смеси, объемного состава смеси.
Решение задач с применением первого закона
термодинамики.
Определение теплоемкости тела.
Определение термодинамических процессов.
Решение типовых задач термодинамических процессов.
Решение типовых задач с применением второго закона
термодинамики.
Решение задач по теме «Водяной пар».
Определение по таблице давления, плотности, энтальпии и
энтропии.
Решение задач по истечению газов и паров.
8
Объем, час
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
45
Таблица 9
График проведения занятий
№
Дата
Время
Наименование тем
Лекции
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
Введение
Термодинамические система, процесс и равновесие.
Идеальные газы. Свойства идеальных газов.
Реальные газы. Свойства реальных газов.
Первый закон термодинамики.
Обратимые и необратимые процессы. Энтальпия.
Теплоемкость.
Термодинамические процессы.
Второй закон термодинамики. Циклы Карно.
Теорема Карно. Максимальная работа. Эксергия.
Водяной пар. Основные понятия и определения.
Основные параметры и диаграммы водяного пара.
Термодинамические процессы изменения состояния водяного
пара.
Дросселирование газов и паров.
Дросселирование Ван-дер-Ваальсова газа. Кривая инверсии.
Смешение газов.
Влажный воздух.
Практические занятия
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Рабочее тело и его основные параметры.
Идеальные и реальные газы.
Первый закон термодинамики.
Теплоемкость. Термодинамические
процессы.
Второй закон термодинамики.
Водяной пар.
Истечение и дросселирование газов и паров.
Влажный воздух.
9
4. Учебно-методические материалы по дисциплине
4.1. Материал для обязательного изучения
1. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. «Высшая школа»
1975.
2. Базаров И.П. Термодинамика. Гос. Изд-во физ-мат литературы. – М.: 1961.
3. Вукалович М.П., Новиков Н.И. Термодинамика. – М.: Машиностроение, 1972.
4. Дрыжаков Е.В. и др. Техническая термодинамика. Под ред. В.И. Крутова. – М.:
Высшая школа, 1971.
5. Краснопевцев Н.И. Основы технической термодинамики. – М.: Советская наука,
1953.
6. Литвин А.М. Техническая термодинамика. – М.: Госэнергоиздат, 1963.
7.Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике. – М.:
Машиностроение, 1969.
4.2. Материал для дополнительного ознакомления
1. Жуковский В.С. Техническая термодинамика. – М.: Энергоиздат, 1952.
2. Зайцев В.М. Техническая термодинамика. – М.: Изд. МИФИ, 1963.
3. Ястрежембский А.С. Техническая термодинамика. – М.: Госэнергоиздат, 1960.
4. Вукалович М.П., Новиков Н.И. Техническая термодинамика. – М.: Энергия, 1968
5. Сушков В.В. Техническая термодинамика. – М.: Госэнергоиздат, 1960
6. Василевский О.В., Айтенов К.Д., Бекишева А.А. Техническая термодинамика.Алматы:КазНТУ, 2004
10
Содержание
1.
2.
3.
4.
Цели и задачи дисциплины………………………………………………………….. ……3
Система оценки знаний ………………………………..………………
……3
Содержание дисциплины……………………………………………………………. ……4
Учебно-методические материалы по дисциплине………………………………… …...10
11