Б2ДВ2 Теплотехника

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ
ИМЕНИ К.Г. РАЗУМОВСКОГО
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)
ТЕПЛОТЕХНИКА
(наименование учебной дисциплины (модуля))
По направлению подготовки: 262200.62 Конструирование изделий легкой
промышленности
(шифр, наименование)
Профиль подготовки: Конструирование швейных изделий
Квалификация выпускника
_______бакалавр_______
(бакалавр, магистр)
Форма обучения: очная, очно-заочная, заочная
(нужное подчеркнуть)
Одобрено на заседании кафедры______________________________
____________
__________________________________________________________ института
(протокол №___от_________20_ г.)
Зав. кафедрой__________________/Ф.И.О./
2014г.
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Цели дисциплины
Цель изучения дисциплины: формирование у студентов знаний, умений и навыков, обеспечивающих квалифицированное участие в производственной деятельности инженера.
1.1.
Задачи освоения дисциплины
Формирование знаний у студентов в области теплотехники, что позволяет
создать фундамент неформального усвоения материала профилирующих дисциплин и
развивать творческий подход при использовании элементов термодинамического
анализа и решении конкретных задач в области подъемно-транспортных машин и
оборудования.
1.2.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП
Дисциплина «Теплотехника» относится к обязательным дисциплинам вариативной части математического и естественнонаучного цикла учебного плана.
Требования к входным знаниям, умениям и компетенциям студента, необходимым для изучения данной дисциплины. Изучение дисциплины «Теплотехника»
требует основных знаний, умений и компетенций студента по курсам: «Физика»,
«Математика».
Дисциплина «Теплотехника» является предшествующей для дисциплины
«Строительные и дорожные машины» и других профильной направленности.
3. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Процесс изучения дисциплины «Теплотехника» направлен на формирование
следующих компетенций:
 способностью предусматривать меры по сохранению и защите экосистемы в
ходе своей общественной и профессиональной деятельности, использовать основные
методы защиты производственного персонала и населения от возможных последствий
аварий, катастроф, стихийных бедствий (ПК-5).
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать.
Первый закон термодинамики применительно к закрытой системе и к стационарному потоку, второй закон термодинамики и его связь с методами оценки эффективности теплотехнического оборудования. Законы, связанные с состояниями и
процессами различных рабочих веществ идеального газа, газовой смеси, реального
газа (пара), двухфазной системы и т.д.
Величины, характеризующие состояние термодинамической системы: р,У,Т параметры, внутренняя энергия, энтальпия, энтропия, изобарно-изотермический потенциал, теплота, работа, теплоемкость и др., и термодинамические процессы.
Термодинамическую эффективность: термический КПД, внутренний относительный КПД.
-2-
Конкретное рабочее вещество - степень сухости пара, относительная влажность
воздуха, влагосодержание воздуха, теплота парообразования и т.п.
Уметь.
Применять первый закон термодинамики для составления энергетического баланса теплотехнических установок или теплового баланса для систем, в которых не
производится работа.
Использовать уравнение состояния идеального газа; в том числе для газовых
смесей.
Проводить анализ и расчет термодинамических процессов изменения состояния
идеального газа, водяного пара и влажного воздуха.
Рассчитывать процессы истечения и дросселирования газов и паров.
Определять мощность привода компрессора с использованием принципа оптимального распределения давления по ступеням.
Проводить анализ эффективности циклов тепловых двигателей.
Владеть:
Знаниями в области теплотехники, для эффективной эксплуатации теплотехнического оборудования.
4. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Общая трудоёмкость дисциплины составляет 4 зачётных единиц (144 часа) для
полной очной формы обучения.
Таблица 1
Распределение трудоёмкости дисциплины по видам учебной работы
Вид учебной работы
Общая трудоёмкость дисциплины
Аудиторные занятия (всего)
В том числе:
Лекции
Практические занятия (семинары)
Самостоятельная работа (всего)
В том числе:
Самостоятельное изучение отдельных тем модулей
Подготовка к практическим занятиям
Написание контрольной работы
Написание реферата
Другие виды самостоятельной работы
Работа с первоисточниками
Написание эссе по проблеме
Подготовка к рубежному контролю
Промежуточный контроль:
Всего
Зачетные
единицы
4
0,3
Академические
часы
144
10
0,1
0,2
4
6
3,5
125
39
35
25
10
10
0,3
4
9
4
144
Учебный процесс по «Теплотехника» сочетает лекционные и семинарские
занятия с самостоятельной работой студентов. Самостоятельно студенты
прорабатывают актуальные вопросы, включенные в тематический план по данной
дисциплине при подготовке к семинарским занятиям.
-3-
К формам контроля отнесены: коллоквиум, тестирование, контрольные и
творческие работы, рефераты, экзамен.
Примечание, здесь и далее числитель - очная/знаменатель - заочная формы
обучения.
5. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
5.1. Содержание разделов дисциплины
№
п/п
Содержание раздела
Наименование раздела
дисциплины
1
Основные понятия и определения. Основные параметры
состояния. Газовые смеси.
2
Первый и второй законы
термодинамики. Термодинамические процессы.
3
Термодинамические свойства
Реальные газы и пары. Уравнение состояния. Водяной пар.
реальных веществ. Паросиловые Паросиловые установки. Принципиальная схема ПТУ. Цикл
установки.
Ренкина, его исследование. Влияние параметров острого пара и
4
Предмет теплотехники, ее место и роль в подготовке инженерных
кадров. Связь теплотехники со смежными науками. Теплотехника и
системы автоматизации теплового контроля. Источники тепловой
энергии. Проблема экономии топлива и защиты окружающей среды
от тепловых выбросов. Разделы теплотехники: термодинамика и
теплопередача.
Техническая
термодинамика.
Феноменологический
и
статистический подходы. Понятия: термодинамическая система,
рабочее тело, параметры состояния, процессы. Основные параметры
состояния (температура, давление, удельный объем).
Внутренняя энергия, теплота, работа. Первый закон термодинамики,
его формулировки, аналитические выражения. Энтальпия.
Располагаемая и совершаемая системой работа. Понятие энтропии
как параметра состояния. Статистический смысл энтропии. Второй
закон термодинамики. Формулировки и аналитическое выражение.
Энтропия и работоспособность системы. Термодинамические
циклы. Прямые и обратные циклы. КПД цикла, холодильный
коэффициент обратного цикла. Цикл Карно. Термодинамическая
шкала температур.
параметров в конденсаторе на КПД цикла. Циклы с
регенеративными отборами, с промежуточными перегревами.
Теплофикационный цикл.
Тепловые двигатели, двигатели Двигатели
внутреннего
сгорания.
Схема,
устройство,
классификация, принцип действия. Рабочие процессы в двух- и
внутреннего сгорания.
четырехтактных ДВС. Индикаторные диаграммы. Топливо для ДВС.
Термический КПД. Показатели их экономичности.
-4-
5
Холодильные машины.
6
Общие понятия тепломассообмена. Теплопроводность.
7
Конвективный теплообмен.
8
Лучистый теплообмен.
9
Теплообменники.
10
Основные понятия конвективного теплообмена. Уравнение
Ньютона-Рихмана. Коэффициент теплоотдачи (местный и средний).
Вынужденная и свободная конвекция. Ламинарный и турбулентный
пограничный слой. Теория подобия. Критериальные уравнения.
Лучистый теплообмен. Законы отражения и поглощения. Степень
черноты. Абсолютно черное тело. Закон Стефана-Больцмана.
Лучистый теплообмен в топках и камерах сгорания.
Теория горения. Топочные
устройства.
11
12
Циклы воздушных, компрессионных холодильных установок.
Холодильный коэффициент, холодопроизводи- тельность. Другие
типы холодильных установок (инжек- ционные, абсорбционные).
Характеристики и свойства холодильных агентов.
Теория тепломассообмена. Значение теплообмена в промышленных
установках. Основные понятия теплообмена (тепловой поток,
изотермическая поверхность, температурное поле, градиент
температур). Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности.
Стационарная
теплопроводность
через
однослойную
и
многослойную плоскую стенку. Общие сведения о нестационарной
теплопроводности.
Отопление, вентиляция и
кондиционирование воздуха.
Основы энергосбережения.
Теплопередача через однослойную и многослойную цилиндрическую и плоскую стенку. Коэффициент теплопередачи.
Уравнение
теплопередачи.
Теплообменные
аппараты.
Классификация, принцип действия, конструктивные особенности.
Принципы расчета теплообменных аппаратов.
Виды топлив, их классификация и свойства. Элементарный состав
топлива. Теплота сгорания. Условное топливо. Основы теории
горения топлив.
Организация сжигания топлива в промышленных установках.
Топочные устройства. Реакция горения. Коэффициент избытка
воздуха. Сжигание органических топлив.
Системы теплоснабжения. Графики теплопотребления. Режимы
теплопотребления.
Применение
теплоты
в
отрасли.
Теплообеспечение предприятий автотранспорта.
Охрана окружающей природной среды. Вторичные энергоресурсы.
Основные направления экономии энергоресурсов.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи
с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№
п/п
1.
Наименование обеспечиваемых (последующих)
дисциплин
Строительные и дорожные
машины и другие
дисциплины профильной
направленности
№ № разделов данной дисциплины, необходимых для
изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-5-
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№
Наименование раздела дисциплины
Лекц.
п/п
1.
Основные понятия и определения.
Основные параметры состояния. Газовые
смеси.
Первый и второй законы термодинамики.
Термодинамические процессы.
Термодинамические свойства реальных
веществ. Паросиловые установки.
Тепловые двигатели, двигатели
внутреннего сгорания.
2.
3.
4.
Практ.
Лаб.
зан.
зан.
СРС
Все-го
час.
10
1
11
10
1
11
11
11
10
1
11
11
11
10
11
1
10
11
1
10
11
1
10
11
1
10
12
Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха.
1
10
11
Основы энергосбережения.
1
11
12
5.
Холодильные машины.
6.
Общие понятия тепломассообмена.
Теплопроводность.
7.
Конвективный теплообмен.
8.
Лучистый теплообмен.
9.
Теплообменники.
10.
Теория горения. Топочные устройства.
11.
12.
1
1
6. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
№
п/п
1.
№
Трудоемкос
раздела
Наименование лабораторных работ
ть
дисципли
(час)
ны
Определение газовой постоянной воздуха и универсальной газовой
1
1
постоянной.
2.
1
Определение объемной изобарной теплоемкости воздуха.
3.
3
Определение показателя адиабаты.
4.
6
Измерение температуры различными методами.
5.
6
6.
7
7.
9
8.
8
Определение теплоемкости изоляционного материала методом
цилиндрического слоя.
Определение коэффициента теплоотдачи от горизонтального цилиндра
при естественной конвекции.
Определение
коэффициента
теплопередачи
рекуперативного
теплообменника типа «труба в трубе».
Определение степени черноты цилиндра методом сравнения.
-6-
1
1
1
1
1
8. ПРИМЕРНАЯ ТЕМАТИКА КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ И КОНТРОЛЬНЫХ
РАБОТ
Контрольная работа на тему: «Тепловые двигатели».
9. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ
УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ
ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ 9.1 Вопросы для подготовки к зачету
9.2
1.
Вопросы для подготовки к экзамену
Предмет и задачи общей теплотехники. Термодинамика и теория теплооб-
мена.
Параметры состояния рабочего тела p, v, T (размерности).
Уравнение состояния Клайперона-Менделеева. Универсальная газовая
постоянная.
4.
Смеси идеальных газов.
5.
Теплоемкость. Массовая, объемная и мольная теплоемкость. Средняя и
истинная теплоемкости. Зависимость теплоемкости от температуры.
6.
Теплоемкость при постоянном давлении и объеме. Уравнение Майера.
Коэффициент «К».
7.
Понятие о термодинамических процессах.
8.
Внутренняя энергия газа. Работа газа. Первый закон термодинамики.
9.
Сущность первого закона термодинамики. Формулировки первого закона
термодинамики. Аналитическое выражение первого закона термодинамики.
10. Энтальпия. Энтропия. Аналитические выражения первого закона
термодинамики через энтальпию. TS и hs - диаграммы.
11. Основные термодинамические процессы: изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный - частные случаи политропного процесса. Процессы в координатах pv и TS.
12. Процессы идеальных газов. Изохорный процесс. Изображение в pv - TS диаграммах.
13. Процессы идеальных газов. Изобарный процесс. Изображение в pv - TS диаграммах.
14. Процессы идеальных газов. Адиабатный процесс. Изображение в pv - TS диаграммах.
15.
Адиабатный процесс. Уравнение адиабатного процесса. Его исследование
в TS - диаграмме.
16.
Политропный процесс. Уравнение политропы. Определение показателя
политропы.
17.
Термодинамические циклы (круговые процессы) тепловых машин.
Прямые и обратные циклы. Цикл Карно. Термический КПД и холодильный
коэффициент.
18.
Сущность второго закона термодинамики. Формулировки второго закона
термодинамики. Аналитическое выражение второго закона термодинамики.
19.
Водяной пар. Процесс парообразования в pv - диаграмме. Степень
2.
3.
-7-
сухости влажного пара, определение параметров влажного и перегретого пара.
20.
Дросселирование газов и паров.
21.
Влажный воздух. Влагосодержание. Абсолютная и относительная влажность воздуха. Температура точки росы. hd - диаграмма влажного воздуха.
22.
Теплопроводность. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности.
23.
Теплопроводность при стационарном режиме. Теплопроводность однослойной и многослойной плоской стенки.
24.
Теплопроводность при стационарном режиме. Теплопроводность однослойной и многослойной цилиндрической стенки.
25.
Конвективный теплообмен. Коэффициент теплоотдачи.
26.
Предмет и задачи теории теплообмена. Виды переноса теплоты. Сложный
теплообмен.
27.
Конвективный теплообмен. Физическая сущность конвективного
теплообмена. Уравнение Ньтона-Рихмана. Коэффициент теплоотдачи.
28.
Естественная конвекция. Уравнение теплоотдачи от нагретой стенки к
воздуху.
29.
Теория теплообмена. Способы передачи теплоты.
31.
Критерии и критериальные уравнения.
32.
Теплообмен излучением между параллельными поверхностями
/пластинами/. Приведенный коэффициент излучения.
33.
Теплообменные аппараты. Определение коэффициента теплопередачи в
водо-водяном теплообменнике.
34.
Лучистый теплообмен. Понятие абсолютно черного тела. Закон Кирхгофа.
35.
Сложный теплообмен. Основное уравнение теплопередачи. Коэффициент
теплопередачи.
36.
Сложный теплообмен. Коэффициент теплопередачи для плоской стенки.
37.
Типы теплообменных аппаратов. Особенности конструкции и расчета.
38.
Водо-водяные теплообменники. Устройство и особенности расчета.
39.
Топливо. Элементарный состав топлива.
40.
Источники и виды загрязнения атмосферного воздуха.
41.
Двигатели внутреннего сгорания.
42.
Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания.
43.
Циклы газотурбинных установок.
44.
Компрессоры.
45.
Циклы паросиловых установок.
10. РЕКОМЕНДУЕМОЕ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
10.1 Основная литература:
1.
Теплотехника: Учебник для вузов/ Под ред. Луканина В.Н.-6е изд.,
перпраб. М.: Высш.шк., 2008. - 671 с.
2.
Теплотехника: учебник: допущено МО РФ/ Ерофеев В. Л., Семенов П. Д.,
Пряхин А. С. - М.: Академкнига, 2008. - 488 с.
3.
Теплотехника, теплогазоснажение вентиляция: учебник для вузов:
-8-
допущено Гос. ком.по нар. образованию/ Тихомиров К. В., Сергеенко Э. С. - 5 - е изд.,
репр.- М.: Бастет, 2007. - 480 с.
10.2 Дополнительная литература:
1.
Метод. указания для лабораторных
работ по ТМО /Мелькумов
В.Н.,Турбин В.С., Курышева И. А. - 2005.
2.
М.У. к лабораторным работам по «Исследованию термодинамических параметров и процессов теплообмена», Д.Н. Китаев, Мартыненко Г.Н., 2009 г.
3.
М.У. по тепломассобмену по практическим и РГР. Мелькумов В.Н.,
Панов М.Я., Мартыненко Г.Н., 2007 г.
4.
М.У. к лаб. работам по ТГУ «Технический анализ твердого и жидкого
топлив», А.Т. Курносов, Д.Н. Китаев. 2009 г.
10.3 Программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
Microsoft Word, Microsoft Excel, AutoCad, Internet Explorer.
http://www.knigafund.ru, http://www.stroykonsultant.com.
11. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Для проведения лекционных и лабораторных занятий необходима аудитория,
оснащенная лабораторными установками, плакатами, мультимедийным оборудованием и пособиями по профилю.
12. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ
ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ (образовательные технологии)
На лекциях при изложении дисциплины следует пользоваться иллюстративным
материалом. На занятиях следует добиваться понимания студентами сути и
прикладной значимости решаемых задач.
В течение преподавания курса «Теплотехника» в качестве форм оценки знаний
КОНТРОЛЬ И ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОБУЧЕНИЯ
КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Контроль знаний студентов по дисциплине включает в себя: входной, текущий,
рубежный контроль и промежуточную аттестацию – экзамен.
Входной контроль предназначен для выявления степени подготовки студентов к
изучению дисциплины по остаточным знаниям, ранее изученных родственных
дисциплин. С этой целью составляется перечень вопросов по наиболее важным темам
предшествующих дисциплин. Такой контроль в виде тестирования проводится перед
началом изучения дисциплины. Полученные результаты дают возможность
преподавателю определить наиболее слабых и наиболее подготовленных студентов,
что облегчает проблемы индивидуализации обучения. Кроме того, позволяет
-9-
составить вопросы для самостоятельного изучения их слабо подготовленными
студентами с целью выравнивания знаний и успешного освоения программы
изучаемой дисциплины. Результаты входного контроля не должны влиять на рейтинг
студента.
Текущий контроль, главная его цель – стимуляция и корректировка повседневной
самостоятельной работы студента над учебным материалом по курсу. Текущий
контроль осуществляется преподавателем в ходе выполнения студентом всех видов
учебной деятельности, предусмотренных содержанием дисциплины. Контроль
текущих знаний проводится на занятиях в форме устного или письменного опроса.
Объектами текущего контроля при изучении дисциплины являются: посещение
лекций; подготовка, качество и сроки выполнения лабораторных работ, выполнение
индивидуальных домашних заданий. Результаты текущего контроля влияют на
рейтинг студента.
Рубежный контроль призван выявить уровень знаний студентов по материалу
изученной темы. По дисциплине целесообразно осуществлять рубежный контроль
после изучения каждой темы в форме тестирования в электронной оболочке.
Результаты текущего контроля влияют на рейтинг студента.
Промежуточная аттестация по дисциплине проводится в соответствии с
требованиями Федерального Государственного образовательного стандарта высшего
профессионального образования в форме экзамена. Он подводит итог знаниям
студента, полученным за весь период изучения дисциплины.
РЕЙТИНГОВАЯ ОЦЕНКА ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Результаты по всем видам учебной деятельности и рейтингового контроля
фиксируются в рейтинг-листке каждого студента.
Оценка учебной деятельности
1.
Общее количество баллов за все виды учебной деятельности студента,
предусмотренные основной программой, должно составить не менее 60 баллов
(зачетный балл). Так как по дисциплине предусмотрен экзамен, принимаем:
от 86 до 100 баллов соответствует оценке «отлично»;
от 73 до 85 — «хорошо»;
от 60 до 72 — «удовлетворительно»;
менее 60 баллов — «неудовлетворительно».
2.
Если по результатам работы по дисциплине в семестре студент не набрал
минимально допустимого количества баллов - 60 (зачетный балл), ему выставляется
итоговая оценка «неудовлетворительно». В этом случае студенту предлагается
изучить дисциплину повторно. В случае успешной пересдачи студент может получить
только оценку «удовлетворительно».
3.
За выполнение заданий, сверх предусмотренных программой дисциплины
(учебно-исследовательская работа, самостоятельное углубленное освоение отдельных
тем, участие в предметных олимпиадах (призовые места) и пр.) преподаватель может
выставлять дополнительные баллы (не более 20), что должно быть отражено в
правилах текущей аттестации по курсу.
4.
Если с учетом работ, сверх предусмотренных программой курса, студент
набрал свыше 90 баллов, итоговая оценка по дисциплине может быть выставлена без
- 10 -
проведения итоговой аттестации - экзамена («автомат»). При этом в ведомость и
зачетную книжку студента выставляется оценка «отлично».
5.
Мониторинг качества проводится в форме выставления преподавателями
баллов в рейтинг-листке студента после освоения им каждой темы.
Рейтинговая карта по дисциплине.
Таблица 7.
Виды учебной работы
Максим. балл
Посещение лекций
10
Выполнение лабораторных работ, (включая
50
допуск и отчет по работе)
Промежуточная аттестация - экзамен
40
Итого по дисциплине:
100
Зачетный балл
5
35
20
60
Составитель:
к.т.н., доцент кафедры ЕНиТД филиала ФГБОУ ВПО «МГУТУ имени К.Г.
Разумовского» в г. Калининграде Кикот А.В.
- 11 -