ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ «ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» УТВЕРЖДАЮ

Рабочая программа
учебной дисциплины
Ф ТПУ 7.1 –22/01
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
УТВЕРЖДАЮ
Декан ТЭФ
_____________ Кузнецов Г. В.
«__» _________ 2008 г.
ТЕПЛОТЕХНИКА И ГИДРАВЛИКА
Рабочая программа для специальности 220301 – Автоматизация
технологических процессов и производств (в теплоэнергетике)
Факультет: Теплоэнергетический
Обеспечивающая кафедра: теоретической и промышленной теплотехники
Курсы: 2, 3
Семестры: 4, 5
Учебный план набора 2006 года
Распределение учебного времени
4 семестр
Лекции
Практические занятия
Лабораторные занятия
Всего аудиторных занятий
Самостоятельная работа
Общая трудоемкость
Зачет
5 семестр
34 ч.
17 ч.
51 ч.
45 ч.
96 ч.
Лекции
Практические занятия
Лабораторные занятия
Всего аудиторных занятий
Самостоятельная работа
Общая трудоемкость
Экзамен
2008
Документ: D:\681457056.doc/ стр. 1 из 10
36 ч.
18 ч.
54 ч.
60.5 ч.
114.5 ч.
Рабочая программа
учебной дисциплины
Ф ТПУ 7.1 –22/01
Предисловие
1. Рабочая программа составлена на основе ГОС ВПО по
дисциплине «Теплотехника и гидравлика», утвержденного МО РФ в
2000 году.
РАССМОТРЕНА И ОДОБРЕНА на заседании обеспечивающей
кафедры
теоретической
и
промышленной
теплотехники
«_____»_______________2008 г. протокол № _____.
2. Разработчик, ассистент каф. ТПТ
Половников В. Ю.
3. Зав. обеспечивающей каф. ТПТ
Загромов Ю. А.
4. Рабочая программа СОГЛАСОВАНА с факультетом, выпускающей
кафедрой специальности, СООТВЕТСТВУЕТ действующему плану.
5. Зав. выпускающей кафедры АТП
Документ: D:\681457056.doc/ стр. 2 из 10
Андык В. С.
Рабочая программа
учебной дисциплины
Ф ТПУ 7.1 –22/01
Аннотация
Рабочая программа по дисциплине «Теплотехника и гидравлика»
разработана для специальности 220301 «Автоматизация технологических
процессов и производств (в теплоэнергетике)» и содержит: основные законы
и процессы технической термодинамики (законы, расчет параметров и
процессов идеального газа и реальных рабочих тел, термодинамический
анализ процессов и циклов тепловых двигателей и аппаратов),
теплопередачи (стационарная и нестационарная теплопроводность,
теплообмен свободной и вынужденной конвекциями, теплообмен
излучением, сложный теплообмен и теплопередача, основы расчета
теплообменников) и гидравлики (физические свойства жидкостей, законы
равновесия, основы кинематики и динамики жидкости, гидравлические
сопротивления, движение по трубопроводам и истечение через отверстия и
насадки жидкости, обтекание твердых тел потоком жидкости, моделирование
гидродинамических явлений).
Разработчик: Половников Вячеслав Юрьевич, к.т.н. ассистент кафедры
«Теоретической и промышленной теплотехники» ТЭФ.
E-mail: [email protected]
Документ: D:\681457056.doc/ стр. 3 из 10
Рабочая программа
учебной дисциплины
Ф ТПУ 7.1 –22/01
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью изучения дисциплины является формирование знаний об
происходящих в теплотехническом оборудовании процессов, получение
основ знаний по его расчету, эксплуатации и совершенствованию.
Задачей изучения дисциплины является:
изучение основных законов термодинамики, теплообмена и
гидравлики;
овладение методами расчета параметров и процессов различных
рабочих тел;
овладение
количественными
и
качественными
методами
термодинамического анализа процессов и циклов тепловых двигателей и
аппаратов с целью повышения тепловой экономичности;
умение произвести необходимые гидравлические и тепловые расчеты
при проектно-конструкторских, производственно-технологических видах
профессиональной деятельности.
2. СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ
2.1. Техническая термодинамика (22 часа)
2.1.1. Введение и газовые смеси. (2 часа)
Основные параметры состояния тела Уравнение состояния идеального
газа. Газовые смеси. Реальные газы.
2.1.2. Первый закон термодинамики и теплоемкость. (4 часа)
Определение первого закона термодинамики. Внутренняя энергия тела.
Работа и теплота. Процессы обратимые и необратимые. Уравнение первого
закона термодинамики. Энтальпия. Теплота и энтропия. Теплоемкость газов.
Истинная и средняя теплоемкости. Теплоемкость смеси газов. Отношение
теплоемкостей газа при постоянном давлении и постоянном объеме.
2.1.3. Термодинамические процессы. (2 часа)
Термодинамические процессы идеальных газов. Изменение энтальпии
и энтропии в обратимых процессов. Изохорный процесс. Изобарный процесс.
Изотермический процесс. Адиабатный процесс. Политропный процесс.
2.1.4. Второй закон термодинамики. (2 часа)
Второй закон термодинамики. Общее выражение второго закона
термодинамики. Круговой термодинамический процесс. Обратимые и
необратимые циклы.
Документ: D:\681457056.doc/ стр. 4 из 10
Рабочая программа
учебной дисциплины
Ф ТПУ 7.1 –22/01
2.1.5. Водяной пар. (2 часа)
Диаграммы водяного пара. Паровые процессы. Изохорный процесс.
Изобарный процесс. Изотермический процесс. Адиабатный процесс.
2.1.6. Истечение газов. (4 часа)
Уравнение первого закона термодинамики для стационарного потока
газа. Располагаемая работа. Адиабатный процесс истечения. Критическое
отношение давлений. Критическая скорость. Сверхзвуковая скорость.
Истечение паров. Влияние трения на истечение газов и паров.
Дросселирование газов и паров. Процесс дросселирования. Дроссель-эффект.
2.1.7. Циклы тепловых машин. (6 часов)
Рабочий
процесс
компрессора.
Одноступенчатое
сжатие.
Многоступенчатое сжатие. Циклы поршневых двигателей внутреннего
сгорания. Рабочий процесс. Цикл с подводом теплоты по изохоре. Цикл с
подводом теплоты по изобаре. Цикл со смешанным подводом теплоты. Цикл
газотурбинной установки. Циклы паротурбинных установок. Цикл Карно.
Цикл Ренкина. Циклы холодильных установок. Цикл холодильной установки.
Цикл воздушной холодильной установки. Цикл паровой компрессорной
холодильной установки.
2.2. Гидравлика (12 часов)
2.2.1. Введение. (2 часа)
Предмет гидравлики. Основные физические свойства жидкостей.
Невязкая жидкость. Равновесие жидкости и газа.
2.2.2. Гидростатика. (2 часа)
Гидростатическое давление. Дифференциальные уравнения равновесия
жидкости (уравнения Эйлера) Равновесие жидкости в поле силы тяжести.
Относительное равновесие жидкости в поле силы тяжести. Давление
жидкости на плоские поверхности. Давление жидкости на криволинейные
поверхности. Закон Архимеда.
2.2.3. Гидродинамика. (2 часа)
Основы динамики жидкости и газа. Уравнение неразрывности.
Дифференциальные уравнения движения невязкой жидкости (уравнения
Эйлера). Интегрирование уравнений Эйлера. Уравнение Бернулли.
Дифференциальные уравнения движения вязкой жидкости (уравнения НавьеСтокса). Уравнение Бернулли для вязкой жидкости при равенстве скоростей
в каждой точке сечения. Уравнение Бернулли для потока вязкой жидкости.
Уравнение изменения количества движения.
Документ: D:\681457056.doc/ стр. 5 из 10
Рабочая программа
учебной дисциплины
Ф ТПУ 7.1 –22/01
2.2.4. Гидравлические сопротивления. (2 часа)
Основные сведения о гидравлических сопротивлениях. Ламинарное
равномерное движение жидкости в трубах. Турбулентное движение
жидкости. Местные гидравлические сопротивления.
2.2.5. Гидравлический расчет трубопроводов. (4 часа)
Общие
сведения.
Простой
трубопровод.
Расчет
длинных
трубопроводов в квадратичной области сопротивления. Расчет длинных
трубопроводов в не квадратичной области сопротивления. Расчет сложных
трубопроводов. Особенности расчета коротких труб.
2.3. Теплопередача (36 часов)
2.3.1. Введение. (4 часа)
Теплопроводность веществ. Механизмы передачи тепла. Коэффициент
теплоотдачи. Теплоотдача и теплопередача.
2.3.2. Дифференциальные уравнения и методы решения задач
теплообмена. (6 часов)
Основные дифференциальные уравнения теплообмена. Краевые
условия. Метод обобщенных переменных. Обобщенные переменные.
Обобщенные
уравнения.
Моделирование.
Анализ
размерностей.
Приближенные методы решения задач теплопроводности. Основные понятия
метода конечных разностей и его применение для стационарного режима.
Численные методы решения задач теплопроводности при нестационарном
режиме.
2.3.3. Стационарная теплопроводность. (4 часа)
Теплопроводность при стационарном режиме. Тела с одномерным
полем температуры. Тела с внутренними источниками теплоты. Тела с
двумерным полем температуры. Ребро постоянного поперечного сечения.
2.3.4. Нестационарная теплопроводность. (4 часа)
Теплопроводность при нестационарном режиме. Общее решение
уравнения теплопроводности. Неограниченная плоская стенка. Тело
ограниченных размеров.
2.3.5. Конвективный теплообмен. (8 часов)
Теплоотдача при вынужденной конвекции. Вынужденное движение
жидкости в трубах. Поперечное обтекание труб. Теплоотдача в жидких
металлах. Теплоотдача при свободной конвекции. Свободная конвекция в
неограниченном пространстве. Свободная конвекция в ограниченном
пространстве.
Документ: D:\681457056.doc/ стр. 6 из 10
Рабочая программа
учебной дисциплины
Ф ТПУ 7.1 –22/01
2.3.6. Теплоотдача при фазовых переходах. (4 часа)
Теплоотдача при конденсации газа. Ламинарное течение пленки.
Турбулентное течение пленки. Теплоотдача при кипении жидкости. Кипение
в большом объеме. Кривые кипения. Теплоотдача при пузырьковом кипении
жидкости в большом объеме. Теплоотдача при пузырьковом кипении в
условиях вынужденной конвекции жидкости. Теплоотдача при пленочном
кипении жидкости. Кризис теплоотдачи при кипении.
2.3.7. Теплообмен излучением. (4 часа)
Законы теплового излучения. Теплообмен излучением абсолютно
черных
тел.
Теплообмен
излучением
между
диффузно-серыми
поверхностями. Совместное действие излучения, теплопроводности и
конвекции. Теплообмен излучением в поглощающей среде.
2.3.8. Теплообменные аппараты. (2 часа)
Классификация теплообменных аппаратов. Основы теплового и
гидравлического расчета теплообменных аппаратов.
Документ: D:\681457056.doc/ стр. 7 из 10
Рабочая программа
учебной дисциплины
Ф ТПУ 7.1 –22/01
3. СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ
3.1. Практические занятия (17 часов)
№
3.1.1
3.1.2
3.1.3
3.1.4
3.1.5
3.1.6
3.1.7
3.1.8
3.1.9
Количество
часов
Параметры, уравнение состояния идеального газа.
1
Расчет газовых смесей.
2
Законы термодинамики, теплоемкость.
2
Расчет параметров и процессов пара.
2
Дросселирование. Смешение.
2
Расчеты с влажным воздухом.
2
Расчет давления в покоящейся жидкости.
2
Истечение жидкости через отверстия, насадки.
2
Расчет простых и сложных трубопроводов.
2
ИТОГО 17 часов
Тема занятия
3.2. Лабораторные занятия (18 часов)
№
3.2.1
3.2.2
3.2.3
3.2.4
3.2.5
Тема занятия
Определение
коэффициента
теплопроводности
стационарными методами.
Определение интегрального коэффициента излучения
твердого тела.
Определение
коэффициента
теплоотдачи
при
свободной конвекции.
Определение
коэффициента
теплоотдачи
при
вынужденной конвекции.
Исследование зависимости коэффициента теплоотдачи
при кипении воды от температурного напора.
ИТОГО
Документ: D:\681457056.doc/ стр. 8 из 10
Количество
часов
2
2
6
4
4
18 часов
Рабочая программа
учебной дисциплины
Ф ТПУ 7.1 –22/01
4. ПРОГРАММА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
№
Вид работы
4.1.
4.2.
4.3.
4.3.1
4.3.2
4.3.3
4.3.4
4.3.5
4.3.6
4.37.
4.3.8
4.3.9
Проработка лекционного материала
Подготовка к экзамену (зачету)
Индивидуальные домашние задания
Расчет газовых смесей.
Расчет процессов идеального газа.
Расчет процессов водяного пара.
Расчет трубопровода
Стационарная теплопередача.
Нестационарная теплопроводность.
Теплообмен излучением.
Конвективный теплообмен.
Теплообмен при изменении агрегатного состояния.
ИТОГО
Количество
часов
35
34.5
4
4
4
4
4
4
4
4
4
105.5 часов
5. ТЕКУЩИЙ И ИТОГОВЫЙ КОНТРОЛЬ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В течение семестра проводится рейтинговая аттестации в конце
каждого месяца. В рейтинг-плане перечисляются разделы с указанием
номеров лекций (темы лекций даны в календарном плане) и «веса» разделов
в баллах.
Работа на практических занятиях оценивается по результатам решения
задач. Оценка в баллах определяется по указанному выше принципу, сроки
сдачи определены в рейтинг-плане. В конце семестра при условии
выполнения всех лабораторных работ и индивидуальных заданий студент,
набравший необходимое количество баллов допускается к сдаче зачета или
экзамена. Рейтинг-планы прилагаются.
Документ: D:\681457056.doc/ стр. 9 из 10
Рабочая программа
учебной дисциплины
Ф ТПУ 7.1 –22/01
6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
1.
2.
3.
4.
При изучении дисциплины используются
Справочный материал по теплофизическим свойствам веществ;
Таблицы термодинамических свойств газов;
Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара;
Методические указания к выполнению лабораторных работ.
Перечень рекомендуемой литературы
Основная
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. - М.:
Энергоиздат, 1981. – 416 с.
Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. – М.:
Энергия, 1980. –288 с.
Вукалович М.П., Ривкин С.Л., Александров А.А. Таблицы
теплофизических свойств воды и водяного пара. – М.: Изд. стандартов,
1969. – 408 с.
Техническая термодинамика /Под ред. В.И. Крутова. М.:, 1981.
Юдаев Б.Н. Техническая термодинамика. Теплопередача М., 1988.
Теплотехника: Учебн. для вузов /Под ред. А.П. Баскакова М, 1991.
Фукс Г.И. Техническая термодинамика. Томск: Изд-во Томск, ун-та,
1973.
Емцев Б.Т. Техническая гидромеханика: М.: Машиностроение, 1987.
Альтшуль А.Д., Животовский Л.С, Иванов Л.П. Гидравлика и
аэродинамика: М.: Стройиздат, 1987.
Сборник задач по технической термодинамике /Т.Н. Андрианова и др.
М., 1981.
Сборник задач по машиностроительной гидравлике: /Д.А. Бутаев и др.
М., 1981.
Дополнительная
1.
2.
3.
Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент.
Справочник. Кн. 2 / Под общ. ред. В.А. Григорьева и В.И. Зорина. – М.:
Энергоатомиздат, 1988. – 512 с.
Алабовский А.М., Недужий И.А. Техническая термодинамика и
теплопередача. – К.: Высш. шк., 1990. – 255 с.
Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия,
1977. – 344 с.
Документ: D:\681457056.doc/ стр. 10 из 10