МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА города СЕМЕЙ Документ СМК 3 уровня УМКД УМКД Редакция №1 Программа дисциплины от «___» _______ 2014 г. «Теплотехника» для преподавателя УМКД 042-18-6.1.04/01 2014 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ «ТЕПЛОТЕХНИКА» для специальности 5В072700 – Технология продовольственных продуктов, 5В072800 – Технология перерабатывающих производств ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ Семей 2014 УМКД 042-18-6.1.04/01-2014 Редакция № 1 от «__» _____________ 20__ г. Страница 2 из 12 Предисловие 1 РАЗРАБОТАНО Составитель _______ «___»________ 20__г. О. Степанова, к.т.н., доцент, зав. кафедрой «Техническая физика и теплоэнергетика». 2 ОБСУЖДЕНО 2.1 На заседании кафедры «Техническая физика и теплоэнергетика» Протокол от «____» __________ 20__г., № __. Заведующий кафедрой _________ О. Степанова 2.2 На заседании учебно-методического бюро инженернотехнологического факультета Протокол от «____» __________ 20__ г., № __ Председатель _________ С. Толеубекова 3 УТВЕРЖДЕНО Одобрено и рекомендовано к изданию на методического совета университета Протокол от «____» __________ 20__ г., № __. Председатель УМС _________ Г. Искакова 4 ВВЕДЕНО ВПЕРВЫЕ. заседании Учебно- УМКД 042-18-6.1.04/01-2014 Редакция № 1 от «__» _____________ 20__ г. Страница 3 из 25 Содержание 1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ..................................................................................... 4 2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ................................................................................... 4 3 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ........................................................................................... 4 3.1 Краткое описание содержания дисциплины ...................................................... 4 3.2 Цель изучения дисциплины ................................................................................. 5 3.3 Основная задача изучения дисциплины ............................................................. 5 3.4 Результаты обучения ............................................................................................. 5 3.5 Пререквизиты курса .............................................................................................. 6 3.6 Постреквизиты курса ............................................................................................ 6 3.7 Выписка из рабочего учебного плана ................................................................. 6 4 СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ) ................................. 7 5 ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ОБУЧАЮЩИХСЯ ..................................................................................................................................... 10 6 КАРТА ОБЕСПЕЧЕННОСТИ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРОЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ .................................................................................................. 11 7 ЛИТЕРАТУРА ........................................................................................................ 11 7.1 Основная литература........................................................................................... 11 7.2 Дополнительная литература ............................................................................... 12 УМКД 042-18-6.1.04/01-2014 Редакция № 1 от «__» _____________ 20__ г. Страница 4 из 12 1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ Рабочая программа дисциплины для преподавателя, входящая в состав учебно-методического комплекса по дисциплине «Теплотехника» предназначена для студентов специальности 5В072700 – «Технология продовольственных продуктов», 5В072800 – «Технология перерабатывающих производств». 2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ Настоящая рабочая программа дисциплины «Теплотехника» для преподавателя устанавливает порядок организации учебного процесса по данной дисциплине в соответствии с требованиями и рекомендациями следующих документов: – Государственный общеобязательный стандарт высшего образования. Утвержден постановлением Правительства Республики Казахстан от 23 августа 2012 года № 1080; - Типовой учебный план специальности 5В072700 – «Технология продовольственных продуктов»; - Типовой учебный план специальности 5В072800 – «Технология перерабатывающих производств»; - СТУ 042-ГУ-4-2014 Стандарт университета «Общие требования к разработке и оформлению учебно-методических комплексов дисциплин»; - ДП 042-1.01-2014 Документированная процедура «Структура и содержание учебно-методических комплексов дисциплин». 3 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 3.1 Краткое описание содержания дисциплины Одна из основных проблем современного этапа интенсификации производства – надежное обеспечение растущих потребностей отраслей народного хозяйства в энергетических ресурсах. Важную роль в решении этой задачи играет повышение качества энергетической, в частности теплотехнической, подготовки инженерных кадров для народного хозяйства. В связи с постоянно возрастающим применением топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) и повышением их стоимости в промышленности, агропромышленном комплексе и на транспорте, актуальными стали проблемы повышения эффективности использования ТЭР и защита окружающей среды от загрязнения продуктами сгорания топлива. УМКД 042-18-6.1.04/01-2014 Редакция № 1 от «__» _____________ 20__ г. Страница 5 из 25 3.2 Цель изучения дисциплины Цель данного курса – теоретическая и практическая подготовка будущих специалистов методам получения, преобразования, передачи и использования теплоты в такой степени, чтобы они могли выбирать и при необходимости эксплуатировать необходимое теплотехническое оборудование отраслей народного хозяйства в целях максимальной экономии ТЭР и материалов, интенсификации и оптимизации технологических процессов, выявления и использования вторичных энергоресурсов. 3.3 Основная задача изучения дисциплины Основная задача изучения дисциплины – формирование у студентов знаний теплотехнической терминологии, законов получения и преобразования энергии, методов анализа эффективности использования теплоты; принципов действия, конструкций, областей применения и потенциальных возможностей основного теплоэнергетического оборудования (теплообменников, паровых котлов, печей, тепловых двигателей и др.); умений экспериментально определять характеристики теплового теплоэнергетического оборудования; производить измерения основных теплотехнических показателей, связанных с профилем инженерной деятельности. 3.4 Результаты обучения В результате изучения дисциплины студент должен: иметь представление: - о современной теплотехнике, как науке, и тенденции ее дальнейшего развития; знать: - законы и понятия термодинамики и теплопередачи; - теплофизические характеристики тел и сред; - уравнения взаимосвязей параметров системы; уметь: - анализировать теплотехнические явления, имеющие место в теплообменных и нагревательных устройствах или технологических процессах; - определять тип задачи с точки зрения граничных условий и режима; - выбирать методику расчета поставленной задачи; приобрести практические навыки: - проведения стандартных теплотехнических расчетов конструкций и режимов работы тепловых машин, нагревательных устройств и теплообменных аппаратов с целью повышения эффективности их работы и экономии энергоресурсов; быть компетентным: - в вопросах технической термодинамики, ее законов и циклов теплосиловых установок; УМКД 042-18-6.1.04/01-2014 Редакция № 1 от «__» _____________ 20__ г. Страница 6 из 12 - в вопросах теплопередачи и теплообмена, теплового расчета промышленных нагревательных установок. 3.5 Пререквизиты курса Пререквизитами курса являются: - физика; - математика; - начертательная геометрия и инженерная графика; - химия; - информатика. 3.6 Постреквизиты курса Постреквизитами курса являются - охрана труда и безопасность жизнедеятельности; - профильные дисциплины. 3.7 Выписка из рабочего учебного плана Выписка из рабочего учебного плана представлена в таблице 1. Таблица 1 Курс Семестр Кредиты ЛК, СПЗ, ЛЗ, СРОП, СРО, Всего, Форма час. час. час. час. час. час. итогового контроля 2 5 3 15 15 15 45 90 Экзамен УМКД 042-18-6.1.04/01-2014 Редакция № 1 от «__» _____________ 20__ г. Страница 7 из 25 4 СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ) Содержание учебной дисциплины представлено в таблице 2. Таблица 2 Наименование тем и их содержание 1 Модуль 1. Техническая термодинамика Лекционные занятия Введение. Техническая термодинамика. Содержание основ и практики дисциплины. Предмет теплотехники, место и роль в подготовке инженерных кадров. Связь теплотехники с другими отраслями знаний. Основные исторические этапы становления теплотехники, роль теплотехники в научнотехническом прогрессе, развитие новой техники и технологии. Значение теплотехники в данной области народного хозяйства. Проблема экономии топлива, энергетических ресурсов, снижение расхода теплоты и топлива, использование вторичных энергоресурсов, защита окружающей среды, использование возобновляемых источников энергии. Основные задачи курса. Основные понятия и определения термодинамики. Предмет технической термодинамики и ее методы. Термодинамическая система. Основные параметры состояния. Равновесное и неравновесное состояние. Уравнение состояния. Термическое и калориметрическое уравнение 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, соотношение между массовыми и объемными долями. Теплоемкость. Массовая, объемная и молярная теплоемкости. Теплоемкость при постоянном объеме и давлении. Зависимость теплоемкости от температуры и давления. Средние и истинные теплоемкости. Формулы и таблицы для определения теплоемкостей. Теплоемкость смеси рабочих тел. Первый и второй законы термодинамики. Сущность первого закона термодинамики. Формулировки первого закона термодинамики. Аналитические выражения первого закона термодинамики. Определение работы и теплоты через термодинамические параметры состояния Внутренняя энергия, энтальпия, энтропия. pv и Ts диаграммы. Уравнение первого закона термодинамики для потока. Сущность второго закона термодинамики. Основные формулировки второго закона термодинамики. Термодинамические циклы тепловых машин. Прямые и обратные циклы. Термодинамический КПД и холодильный коэффициент. Циклы Карно и анализ их свойств. Аналитическое выражение второго закона термодинамики. Изменение энтропии в необратимых процессах. Термодинамические процессы. Общие методы исследования процессов, изменения состояния рабочих тел. Политропные процессы. Основные характеристики политропных процессов. Изображение в координатах pv и Ts . 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 Количество часов 2 1 1 2 УМКД 042-18-6.1.04/01-2014 Редакция № 1 от «__» _____________ 20__ г. Страница 8 из 12 pv и Ts диаграммах. Водяной пар. Понятие об уравнении ВукаловичаНовикова. Уравнение Боголюбова-Майера. Термодинамические таблицы воды и водяного пара. pv и Ts и hs диаграммы водяного пара. Расчет термодинамических процессов водяного пара с помощью таблиц и hs диаграммы. Влажный воздух. Определения понятия «влажный воздух». Основные величины, характеризующие состояние влажного воздуха. Расчет основных процессов влажного воздуха (подогрев, сушка, смеси воздуха и различных паров). Лабораторные занятия Вводное занятие. Определение изобарной теплоемкости воздуха. Исследование процессов во влажном воздухе. Модуль 2. Циклы паросиловых установок Лекционные занятия Термодинамика потока. Истечение и дросселирование газов и паров. Основные положения. Уравнения истечения. Располагаемая работа и скорость истечения. Секундный расход при истечении. Расчет процесса истечения водяного пара с помощью hs диаграммы. Действительный процесс истечения. Дросселирование газов и паров. Сущность процесса дросселирования и его уравнение. Изменение параметров в процессе дросселирования. Понятие об эффекте Джоуля-Томсона. Особенности дросселирования идеального и реального газов. Понятие о температуре инверсии. Практическое использование процесса дросселирования. Условное изображение процесса дросселирования в hs диаграмме. Термодинамический анализ процессов в компрессорах. Классификация компрессоров и принцип действия. Индикаторная диаграмма. Изотермическое, адиабатное и политропное сжатие. Полная работа, затрачиваемая на привод компрессора. Многоступенчатое сжатие. Изображение в pv и Ts диаграммах термодинамических процессов протекающих в компрессорах. Необратимое сжатие. Относительный внутренний КПД компрессора. Циклы паросиловых установок. Принципиальная схема паросиловых установок. Цикл Ренкина и его исследование. Влияние начальных и конечных параметров на термический КПД цикла Ренкина. Изображение цикла в pv и Ts и hs диаграммах. Модуль 3. Теплопередача Лекционные занятия Теория теплообмена. 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. Теплопроводность. Основные понятия и определения. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности. Механизмы передачи теплоты в металлах, диэлектриках, полупроводниках, жидкостях и газах. Условия однозначности. Коэффициент температуропроводности. Теплопроводность при стационарном режиме. Теплопроводность однослойной и многослойной плоской, цилиндрической и сферической стенок при граничных условиях 1 рода. Нестационарный процесс теплопроводности. Методы решения задач неста- 2 3 3 2 1 1 2 УМКД 042-18-6.1.04/01-2014 Редакция № 1 от «__» _____________ 20__ г. Страница 9 из 25 ционарной теплопроводности: метод разделения переменных, метод интегрального преобразования Фурье, метода Лапласа, метод конечных разностей. Охлаждение (нагревание) неограниченной пластины, цилиндра шара при граничных условиях 1, 2 и 3 рода. Конвективный теплообмен. Основные Понтия и определения. Закон Ньютона-Рихмана. Коэффициент теплоотдачи. Основные положения теории пограничного слоя. 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 изменении агрегатного состояния. Теплообмен при кипении: механизм процесса при пузырьковом и пленочном режимах кипения. Кризисы кипения. Теплоотдача при пузырьковом и пленочном кипении жидкости в большом объеме. Расчетные уравнения для определения коэффициента теплоотдачи. Теплообмен при конденсации. Пленочная и капельная конденсация. Теплоотдача при конденсации чистых паров. Расчетные уравнения коэффициента теплоотдачи для вертикальных и горизонтальных труб. Факторы, влияющие на теплообмен при конденсации чистых паров и паров из паровых смесей. Теплопередача. Сложный теплообмен. Теплопередача через плоскую, цилиндрическую, сферическую и оребренную стенки. Коэффициент теплопередачи. Пути интенсификации процесса теплопередачи. Основы расчета теплообменных аппаратов. Назначение, классификация и схемы теплообменных аппаратов. Принцип расчета теплообменных аппаратов. Конструктивный и поверочный тепловые расчеты. Средний температурный напор. Основы гидродинамического расчета теплообменных аппаратов. Лабораторные занятия Определение коэффициента теплопроводности твердых тел методом трубы. Модуль 4. Промышленная теплотехника. Лекционные занятия Промышленная теплотехника. Топливо, основы горения. Виды топлива, его характеристика. Классификация топлива. Перспектива применения различных топлив в промышленности. Твердое, жидкое, газообразное топлива и их основные характеристики. Элементарный состав топлива. Теплота сгорания. Условное топливо. Структура топливного баланса страны и отрасли. Проблема экономии топлива и пути ее решения. Основы теории горения и сжигания топлива. Особенности сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива, а так же отходов производства. Очистка дымовых газов. Расчет процессов горения твердого, жидкого и газообразного топлива. Определение теоретически необходимого количества воздуха для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива. Коэффициент избытка воздуха. Определения объемов и энтальпии продуктов сгорания топлива. Ht - диаграмма продуктов сгорания. Промышленные котельные установки. Основные понятия. Классификация и устройство паровых и водогрейных котлов. Теплоносители. Основы теплового расчета котельных агрегатов. Задачи и методы теплового расчета. Тепловой баланс и КПД котельного агрегата. Расход топлива, удельный расход топлива. Основы аэродинамического расчета котельного агрегата. 1 1 1 3 1 1 УМКД 042-18-6.1.04/01-2014 Редакция № 1 от «__» _____________ 20__ г. Страница 10 из 12 Водоподготовка. Сепарация пара. Питательные устройства котельных установок. Тягодутьевые устройства. Общие положения об эксплуатации котельных установок. Правила Гостехнадзора и техники безопасности. Мероприятия по защите окружающей среды при эксплуатации котельных установок. Лабораторные занятия Исследование состава твердого топлива. Заключительное занятие 3 1 5 ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ОБУЧАЮЩИХСЯ 5.1 Смеси рабочих тел. СРО 1. Реферат. 5.2 Философское и статистическое толкование второго закона термодинамики. СРО 2. Реферат. 5.3 Термодинамика потока. СРО 3. Реферат. 5.4 Циклы паросиловых установок. Пути повышения экономичности паросиловых установок. СРО 4. Реферат. 5.5 Теплопроводность. Дифференциальное уравнение теплопроводности. СРО 5. Реферат. 5.6 Теплопроводность. Нестационарный процесс теплопроводности в телах конечного размера. СРО 6. Реферат. 5.7 Дифференциальные уравнения теплообмена. Уравнение теплоотдачи на границе потока и стенки (уравнение Био-Фурье). СРО 7. Реферат. 5.8 Исследование теплоотдачи методами пограничного слоя. СРО 8. Реферат. 5.9 Теплоотдача при вынужденном движении жидкости. Теплообмен при движении жидкости вдоль плоской поверхности; теплоотдача при ламинарном и турбулентном пограничном слое; решение задач методом теории подобия; критериальные уравнения. СРО 9. Реферат. 5.10 Теплообмен излучением. СРО 10. Реферат. 5.11 Тепловая изоляция. Выбор материала тепловой изоляции. СРО 11. Реферат. 5.12 Применение ЭВМ для расчета, моделирования и оптимизации процессов теплообмена в теплообменных аппаратах. СРО 12. Реферат. 5.13 Основы энергосбережения. Вторичные энергетические ресурсы. СРО 13. Реферат. 5.14 Рубежный контроль 1. 5.15 Рубежный контроль 2 (итоговый). УМКД 042-18-6.1.04/01-2014 Редакция № 1 от «__» _____________ 20__ г. Страница 11 из 25 6 КАРТА ОБЕСПЕЧЕННОСТИ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРОЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ Карта обеспеченности учебно-методической литературой представлена в таблице 3. Таблица 3 Наименование учебников, учебнометодических пособий 1 Электронная энциклопедия по Теплоэнергетике Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. – М.: Высш. Школа, 1980. – 469 с. Лариков Н.Н. Теплотехника. – Стройиздат, 1985. – 432 с. Теплотехника/ А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт и др.; Под ред. А.П. Баскакова. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 224 с. Рабинович О.Н. Сборник задач по технической термодинамике. - М.: Машиностроение, 1973. – 376 с. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. Учебное пособие для вузов. 4-е изд., перераб., - М.: Энергия, 1980 г., - 288 с. Сборник задач по процессам теплообмена в пищевой и холодильной промышленности /Г.Н.Данилова, В.Н. Филаткин, М.Г. Щербов, Н.А. Бучко. - М.: Агропромиздат, 1986. – 288 с. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Справочник./Под общей редакцией Григорьева В.А., и Зорина В.И. - 2-е издание, переработанное. - М.: Энергоатомиздат, 1988 г., - 560 с. Основы современной энергетики. Курс лекций для менеджеров энергетических компаний. В 2-х частях. Под общей ред. чл.-корр. РАН Аметистова Е.В. – часть 1, Трухний А.Д., Макаров А.А., клименко В.В. Современная теплоэнергетика: - М.: издательство МЭИ, 2002. – 368 с. Количество экземпляров 2 Количество студентов 3 Процент обеспеченности 4 Сетевая на 9 компьютеров 7 ЛИТЕРАТУРА 7.1 Основная литература 7.1.1 Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. – М.: Высш. Школа, 1980. – 469 с. 7.1.2 Лариков Н.Н. Теплотехника. – Стройиздат, 1985. – 432 с. 7.1.3 Электронная энциклопедия по Теплоэнергетике УМКД 042-18-6.1.04/01-2014 Редакция № 1 от «__» _____________ 20__ г. Страница 12 из 12 7.1.4 Теплотехника/ А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт и др.; Под ред. А.П. Баскакова. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 224 с. 7.2 Дополнительная литература 7.2.1 Рабинович О.Н. Сборник задач по технической термодинамике. - М.: Машиностроение, 1973. – 376 с. 7.2.2 Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. Учебное пособие для вузов. - 4-е изд., перераб., - М.: Энергия, 1980 г., - 288 с. 7.2.3 Сборник задач по процессам теплообмена в пищевой и холодильной промышленности /Г.Н.Данилова, В.Н. Филаткин, М.Г. Щербов, Н.А. Бучко. М.: Агропромиздат, 1986. – 288 с. 7.2.4 Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Справочник./Под общей редакцией Григорьева В.А., и Зорина В.И. - 2-е издание, переработанное. - М.: Энергоатомиздат, 1988 г., - 560 с. 7.2.5 Основы современной энергетики. Курс лекций для менеджеров энергетических компаний. В 2-х частях. Под общей ред. чл.-корр. РАН Аметистова Е.В. – часть 1, Трухний А.Д., Макаров А.А., клименко В.В. Современная теплоэнергетика: - М.: издательство МЭИ, 2002. – 368 с. 7.2.6 http://twt.mpei.ac.ru/orlov/watersteampro. 7.2.7 Волков Ю.Г. Как написать диплом, курсовую, реферат. – Ростовн/Д: Феникс, 2003. - 128 с.
