МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
АННОТАЦИЯ
РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ
по дисциплине
Б1.Б.11 «ТЕПЛОТЕХНИКА»
Код и направление подготовки
35.03.06 «Агроинженерия»
Программа (профиль)
Электрооборудование и
электротехнологии
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Факультет
Энергетики
Кафедра-разработчик
Электротехники, теплотехники и
возобновляемых источников энергии
Ведущий преподаватель
Гарькавый Константин Алекеевич
г. Краснодар, 2015
1 Цель и задачи дисциплины
Цель дисциплины: формирование у будущих бакалавров системы
теоретических знаний и практических навыков по методам получения,
преобразования, передачи и использования теплоты и освоения
общепрофессиональных и специальных дисциплин по направлению подготовки
«Агроинженерия».
Задачи дисциплины: освоение основ преобразования энергии, законов
термодинамики и тепломассообмена, термодинамических процессов и циклов.
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать:
1. Основные
законы
термодинамики
и
тепломассообмена,
термодинамические процессы и циклы;
2. Способы
теплообмена,
принцип
действия
и
устройство
теплообменных аппаратов, теплосиловых установок и других теплотехнических
устройств, применяемых в системах теплоснабжения;
3. Основы расчета теплообменных аппаратов, с учетом технических
требований и экономического обоснования;
4. Теплоэнергетические
и
холодильные
установки,
системы
теплоснабжения;
5. Связь теплоэнергетических установок с проблемой защиты
окружающей среды.
Уметь:
1. Рассчитывать состояние рабочих тел, термодинамических процессов и
циклов;
2. Выполнять расчеты теплообменных процессов, аппаратов и других
основных технических устройств отрасли;
3. Определять меры по тепловой защите и организации систем
охлаждения.
Владеть:
1. выполнять
расчеты
и
выбирать
рациональные
системы
теплоснабжения, преобразования и использования энергии;
2. интенсификации технологических процессов и определения
возможности использования, вторичных энергоресурсов;
3. выбора оптимальных инженерных решений.
Иметь представление:
1. О мерах тепловой защите и организации систем охлаждения.
2 Требования к формируемым компетенциям
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующей
общепрофессиональной компетенции:
– способностью решать инженерные задачи с использованием основных
законов механики, электротехники, гидравлики, термодинамики и
тепломассообмена (ОПК-4).
2
3 Содержание лекций
№
темы
1
2
3
Номер, наименование темы и содержание лекции
Введение и предмет теплотехники
Связь теплотехники с другими дисциплинами. Основные
исторические этапы становления теплотехники, роль теплотехники в
научно-техническом прогрессе, развитие новой техники и
технологий. Роль теплотехники в развитии АПК. Основные задачи
курса.
Техническая термодинамика, основные понятия
и определения, параметры состояния
Связь теплотехники с другими дисциплинами. Основные
исторические этапы становления теплотехники, роль теплотехники в
научно-техническом прогрессе, развитие новой техники и
технологий. Роль теплотехники в развитии АПК. Основные задачи
курса.
Предмет технической термодинамики и ее методы.
Термодинамическая система. Основные параметры состояния.
Равновесное и неравновесное состояние. Уравнение состояния.
Термическое и калориметрическое уравнения состояния. Теплота и
работа, как формы передачи энергии. Термодинамический процесс.
Равновесные и неравновесные процессы. Обратимые и необратимые
процессы. Круговые процессы (циклы).
Смеси рабочих тел. Способы задания состава смеси,
соотношения между массовыми и объемными долями. Вычисление
параметров состояния смеси, определение молекулярной массы и
газовой постоянной смеси, определение давлений компонентов.
Теплоемкость. Массовая, объемная и молярная теплоемкости.
Теплоемкость при постоянном объеме и давлении. Зависимость
теплоемкости от температуры и давления. Средняя и истинная
теплоемкости. Формулы и таблицы для определения теплоемкости.
Теплоемкость смеси рабочих тел.
Первый закон термодинамики. Сущность, аналитическое
выражение. Внутренняя энергия
Сущность первого закона термодинамики. Формулировка первого
закона термодинамики. Аналитическое выражение первого закона
термодинамики.
Определение
работы
и
теплоты
через
термодинамические параметры состояния. Внутренняя энергия.
Энтальпия. Энтропия. PV и TS диаграммы.
Второй закон термодинамики. Термодинамические
циклы тепловых машин
Сущность второго закона термодинамики. Основные формулировки
второго закона термодинамики. Энтропия. Термодинамические
3
№
темы
5
6
7
8
Номер, наименование темы и содержание лекции
циклы тепловых машин. Прямые и обратные циклы.
Термодинамические КПД и холодильный коэффициент. Циклы
Карно и анализ их свойств. Аналитическое выражение второго
закона термодинамики. Изменение энтропии в необратимых
процессах. Изменение энтропии и работоспособность изолированной
термодинамической системы. Эксергия. Эксергетический метод
анализа процессов.
Термодинамические процессы изменения состояния
рабочих тел. Свойства реальных газов
Общие методы исследования процессов изменения состояния
рабочих тел.
Политропные процессы. Основные характеристики политропных
процессов. Изображение в координатах p-v и T-s. Основные
термодинамические
процессы:
изохорный,
изобарный,
изотермический и адиабатный — частные случаи политропного
процесса.
Термодинамические процессы в реальных газах и парах. Свойства
реальных газов. Пары. Основные определения. Процессы
парообразования в p-v и T-s координатах. Водяной пар.
Термодинамические таблицы воды и водяного пара, p-v, T-s, i-s,
диаграммы водяного пара. Расчет термодинамических процессов
водяного пара с помощью таблиц и i-s -диаграммы.
Влажный воздух, основные величины,
расчет процессов влажного воздуха
Определение понятия "влажный воздух". Основные величины,
характеризующие состояние влажного воздуха. i-d диаграмма
влажного воздуха. Расчет основных процессов влажного воздуха
(подогрев, сушка, смеси воздуха и различных паров).
Термодинамика потока. Истечение и
дросселирование газов и паров
Основные положения. Уравнение истечения. Располагаемая работа и
скорость истечения. Условия перехода через критическую скорость.
Сопло Лаваля. Действительный процесс истечения.
Дросселирование
газов
и
паров.
Сущность
процесса
дросселирования и его уравнение. Изменение параметров в процессе
дросселирования. Понятие об эффекте Джоуля-Томпсона.
Особенности дросселирования идеального и реального газов.
Практическое использование процесса дросселирования. Условное
изображение процесса дросселирования в i-s диаграмме.
Термодинамический анализ процессов в компрессорах
Классификация компрессоров и принцип действия. Индикаторная
диаграмма. Изотермическое, адиабатное и политропное сжатия.
Полная
работа,
затраченная
на
привод
компрессора.
4
№
темы
9
10
11
12
Номер, наименование темы и содержание лекции
Многоступенчатое сжатие. Изображение в p-v и T-s диаграммах
термодинамических процессов, протекающих в компрессорах.
Относительный внутренний КПД компрессора. Расчет потерь
энергии и эксергетический КПД компрессора.
Циклы двигателей внутреннего сгорания (ДВС)
Принцип действия поршневых ДВС. Циклы с изохорным и
изобарным подводом теплоты. Цикл со смешанным подводом
теплоты. Изображение циклов в p-v и T-s диаграммах.
Термодинамические и эксергетические КПД циклов ДВС.
Сравнительный анализ термодинамических циклов ДВС.
Циклы паросиловых установок
Принципиальная схема паросиловой установки. Цикл Ренкина и его
исследование. Влияние начальных и конечных параметров на
термический КПД цикла Ренкина. Изображение цикла в p-v, T-s и i-s
диаграммах. Пути повышения экономичности паросиловых
установок. Теплофикационный цикл. Понятие о циклах атомных
силовых установок. Эксергетический анализ циклов паросиловых
установок. Эксергетический анализ циклов паросиловых установок.
Циклы холодильных установок
Классификация холодильных установок. Рабочие тела. Холодильный
коэффициент и холодопроизводительность. Цикл воздушной
холодильной
установки.
Циклы
паровых
компрессорных
холодильных
установок.
Понятие
об
абсорбционных
и
пароэжекторных холодильных установках. Получение сжиженных
газов. Общие принципы и способы достижения сверхнизких
температур. Термотрансформаторы. Сущность термотрансформации,
коэффициент преобразования теплоты. Циклы понижающего и
повышающего термотрансформатора. Циклы совместного получения
теплоты и холода.
Основные понятия и определения теории теплообмена
Предмет и задачи теории теплообмена. Значение теплообмена
в промышленных процессах. Основные понятия и определения.
Виды переноса теплоты: теплопроводность, конвекция и излучение.
Сложный теплообмен.
Основные понятия и определения. Закон Фурье. Коэффициент
теплопроводности. Механизмы передачи теплоты в металлах,
диэлектриках,
полупроводниках,
жидкостях
и
газах.
Дифференциальное
уравнение
теплопроводности.
Условия
однозначности. Коэффициент теплопроводности.
Теплопроводность при стационарном режиме. Теплопроводность
однослойной и многослойной плоской, цилиндрической и
сферической стенок при граничных условиях 1 рода.
5
№
темы
13
14
15
16
Номер, наименование темы и содержание лекции
Конвективный теплообмен
Основные понятия и определения. Уравнение НьютонаРихмана. Коэффициент теплоотдачи. Дифференциальные уравнения
теплообмена: уравнение движения вязкой жидкости (уравнение
Навье-Стокса).
Основы теории подобия. Основные определения. Условия
подобия
физических
явлений.
Преобразование
подобия.
Критериальные уравнения. Определяющие критерии. Метод
моделирования. Физический смысл основных критериев подобия.
Понятие о математическом моделировании. Теплоотдача при
вынужденном движении жидкости. Теплоотдача при свободном
движении жидкости. Теплообмен при свободной конвекции в
замкнутых объемах.
Теплообмен при изменении агрегатного состояния, теплообмен при
кипении; механизм процесса при пузырьковом и пленочном режимах
кипения. Теплообмен при конденсации. Пленочная и капельная
конденсации. Теплоотдача при конденсации чистых паров.
Расчетные уравнения коэффициента теплоотдачи для вертикальных
и горизонтальных труб.
Основы массообмена
Основные понятия и определения. Фазовое равновесие. Равновесная
концентрация.
Концентрационная
диффузия.
Уравнения
концентрационной диффузии Фика, массоотдачи, массопередачи.
Дифференциальные уравнения тепломассообмена. Диффузионный
пограничный слой. Тройная аналогия. Массообменные критерии
подобия. Критериальные уравнения. Основы расчета массообменных
аппаратов.
Теплообмен излучением
Общие понятия и определения; тепловой баланс лучистого
теплообмена. Законы теплового излучения. Теплообмен излучением
между телами, разделенными прозрачной средой; коэффициент
облученности;
теплообмен
между
телами,
произвольно
расположенными в пространстве. Защита от излучения. Излучение
газов. Теплообмен в топках и камерах сгорания.
Сложный теплообмен. Теплообменные аппараты
Сложный теплообмен. Теплопередача через плоскую,
цилиндрическую
и
оребренную
стенки.
Коэффициент
теплопередачи. Пути интенсификации процесса теплопередачи.
Тепловая изоляция. Выбор материала тепловой изоляции.
Назначение, классификация и схемы теплообменных аппаратов.
Принцип расчета теплообменных аппаратов. Конструктивный и
поверочный тепловые расчеты теплообменных аппаратов. Средний
температурный напор. Основы гидродинамического расчета
6
№
темы
Номер, наименование темы и содержание лекции
теплообменных аппаратов. Применение ЭВМ для расчета,
моделирования и оптимизации процессов теплообмена в
теплообменных аппаратах.
Способы интенсификации теплообмена методы оценки
эффективности интенсификации теплообмена и оптимизация
теплообменных аппаратов.
4 Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы
Аудиторные
занятия – всего
лекции
практические
занятия
Заочная форма обучения
На базе СПО
Курс 2,
Курс 2,
л.с.
з.с.
часов /з.е.
часов /з.е.
Очная форма
обучения
Курс 2,
семестр 3,
часов /з.е.
72/2,0
18/0,5
18/0,5
28/0,8
8/0,3
8/0,3
28/0,8
6/0,1
6/0,1
лабораторные
работы
16/0,4
4/0,1
4/0,1
Самостоятельная
работа – всего
81/2,3
148/4,1
148/4,1
Курсовая работа
Курсовая работа
Курсовая работа
Экзамен
27/0,7
Экзамен
14/0,4
Экзамен
14/0,4
180/5
180/5
180/5
Курсовой проект
(работа)
Контрольные (расчётнографические) работы
Вид промежуточной
аттестации (зачет,
экзамен)
Всего по дисциплине
7