Архипова Л.М. Методический комплекс по теплотехнике - файл n1.doc

приобрести
Архипова Л.М. Методический комплекс по теплотехнике
скачать (901 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc901kb.06.07.2012 23:24скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КЕМЕРОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ


Кафедра теплохладотехники


ТЕПЛОТЕХНИКА
Методический комплекс для студентов

технологических специальностей заочного факультета


Составила: Архипова Л.М.
Рассмотрен и утвержден на заседании

кафедры (протокол № 13 от 21.02.03 )

Рекомендован к печати методической комиссией заочного факультета

(протокол № от )

Кемерово 2003

СОДЕРЖАНИЕ
1. Рабочая программа курса «Теплотехника» . 3

1.1. Организация изучения дисциплины. 3

1.2. Цель изучения дисциплины. 3

1.3. Содержание дисциплины 4

1.4. Практические занятия 7

1.5. Лабораторные занятия 7

2. Список литературы 8

3. Практические занятия 9

3.1. Расчет параметров и процессов идеального газа 9

3.2. Расчет процессов водяного пара 12

3.3. Циклы паротурбинных установок 17

3.4. Циклы холодильных машин 18

3.5. Влажный воздух 22

3.6. Расчет стационарной теплопроводности и теплопередачи 24

3.7. Расчет теплоотдачи при свободной и

вынужденной конвекциях 25

3.8. Теплообменные аппараты 28

4. Контрольная работа 32

5. Вопросы к экзамену 41
ПРИЛОЖЕНИЕ 44
Теплотехника является общетехнической дисциплиной, которая занимает одно из центральных мест в инженерной подготовке специалистов. Это обусловлено тем, что процессы получения, использования и переноса теплоты, получения холода имеют место во многих технических устройствах и технологических процессах.

Теоретическими основами теплотехники являются: техническая термодинамика и теория теплообмена.

На предприятиях пищевой промышленности расходуется большое количество теплоты и холода как на основные технологические процессы, связанные с переработкой сырья, производством технологической продукции, так и на вспомогательные нужды. Значительное количество теплоты расходуется на отопление, вентиляцию и кондиционирование воздуха. Современный специалист должен уметь правильно формулировать и решать разнообразные прикладные задачи с использованием основных законов термодинамики и теплообмена.


  1. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПО КУРСУ «ТЕПЛОТЕХНИКА»


1.1. Организация изучения дисциплины
Согласно учебному плану, теплотехника изучается один семестр (проводятся две сессии). В течение первой сессии преподается теоретический курс и проводятся практические занятия. В промежутке между сессиями студенты должны самостоятельно изучить материал, опираясь на прослушанные лекции, и выполнить контрольную работу. Во вторую сессию проводятся оставшиеся практические занятия, после чего необходимо сдать экзамен.

Учебный план предусматривает выполнение одной контрольной работы.


    1. Цель изучения дисциплины.


Получение знаний о характере теплотехнических процессов, которые используются в пищевых производствах, их физических основах и методах расчета; об устройстве и работе применяемого на пищевых предприятиях теплотехнического оборудования и холодильных машин.

В результате изучения курса «Теплотехники» студент должен знать основные разделы:

Термодинамика. Основные понятия и определения. 1 и 2 законы термодинамики. Термодинамические процессы рабочих тел, термодинамические циклы. Газовые смеси. Влажный воздух.

Теплопередача: теплопроводность, конвективный теплообмен, теплообмен излучением. Сложный теплообмен. Теплообменные аппараты и их расчет.

Применение теплоты в отрасли.
1.3. Содержание дисциплины


№п/п

Наименование темы и краткое содержание

Кол час

Литература

1

2

3

4

1.

Предмет технической термодинамики и ее методы. Рабочее тело. Термодинамическая система. Основные параметры состояния. Уравнение состояния. Термодинамический процесс.



1

[1,Ч.1,стр.5-7], [2, стр. 6-9].


2.

Газовые смеси. Способы задания состава смесей. Вычисление параметров состояния смеси. Кажущаяся молекулярная масса и газовая постоянная смеси. Парциальные давления компонентов.



-

[1, Ч.1, стр.7-8], [2, стр. 12-20],

3.*

Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия. Работа, теплота и их свойства. Энтальпия. Энтропия. Термодинамические диаграммы p-v и T-s.


1

[1, Ч.1, стр. 11-18],

[2, стр. 12-18]

4.

Теплоёмкость. Массовая, объемная и мольная теплоемкости. Истинная и средняя теплоёмкости. Теплоемкость при постоянном объеме. Теплоемкость при постоянном давлении. Уравнение Майера.



?

[1,Ч.1,стр. 10],

[2, стр. 15]

5.*

Второй закон термодинамики. Прямые и обратные циклы. Термический КПД и холодильный коэффициент. Цикл Карно. Аналитическое выражение второго закона термодинамики.



1


[1, Ч.1, стр.16-18],

[2,стр.19-25]

1

2

3

4

6.*

Термодинамические процессы. Изохорный, изобарный, изотермический, адиабатный, политропный процессы. Графическое изображение процессов в p,v и T,s - диаграммах.


1

[1, Ч.1, стр.13-15],

[2,стр.30-34]

7.

Циклы двигателей внутреннего сгорания. Цикл Отто. Цикл Дизеля. Термический КПД циклов.


-

[1, Ч.1, стр.30-34],

[2, стр. 57-59, 177-179]

8.*

Реальные газы. Водяной пар. Фазовые переходы. Фазовые диаграммы. Термодинамические таблицы воды и водяного пара. p,v; T,s и h,s - диаграммы воды и водяного пара. Расчет процессов водяного пара с помощью таблиц и h,s -диаграммы.

Дросселирование газов и паров.



2


[1, Ч.1, стр.20-23],

[2, стр.34, 50-51]


9.*

Циклы паросиловых установок. Принципиальная схема паросиловой установки. Цикл Ренкина. Изображение цикла в p,v, T,s и h,s – диаграммах. Термический КПД цикла. Пути повышения эффективности паросиловых установок.



1

[1, Ч.1, стр.34-37],

[2, стр. 61-67],

10.

Влажный воздух. Основные определения. h,d -диаграмма влажного воздуха. Процессы влажного воздуха.


-

[1, Ч.1, стр.25-26], [2, стр 44-46]

11.*

Теплообмен. Виды переноса теплоты: теплопроводность, конвекция и излучение. Сложный теплообмен.

0,5


[1, Ч.1, стр.42-43], [2, стр 69-70]

12.*

Теплопроводность. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Условия однозначности.

Теплопроводность однослойной и многослойной плоской и цилиндрической стенок при граничных условиях 1 рода.

Теплопроводность при граничных условиях 3 рода (теплопередача). Коэффициент теплопередачи.

0,5

-


-

[1, Ч.1, стр.43-44, 52-53], [2, стр. 70-72, 97-100]


1

2

3

4

13.*

Конвективный теплообмен. Уравнение Ньютона-Рихмана. Коэффициент теплоотдачи. Основы теории подобия. Критериальные уравнения. Теплоотдача при свободном и вынужденном движениях жидкости.



1

[1, Ч.1, стр.45-48],

[2, стр 77-86]

14.

Теплообмен излучением. Общие понятия и определения. Баланс лучистого теплообмена. Основные законы излучения. Теплообмен излучением между телами.


-


[1, Ч.1, стр.48-52],

[2, стр 90-92]

15. *

Теплообменные аппараты. Основные схемы движения теплоносителей. Уравнения теплового баланса и теплопередачи. Средний температурный напор. Основы теплового расчета.


1


[1, Ч.1, стр.55-58],

[2, стр 103-110]


16.

Холодильные установки. Потребители холода в отрасли. Физические принципы получения низких температур. Холодильные агенты и их свойства. Схема и цикл парокомпрессионной холодильной установки. Изображение цикла в T-s диаграмме. Холодильный коэффициент и холодопроизводительность установки.


-

[1, Ч.1, стр.37-40],

[2, стр. 200]

17.

Применение теплоты в отрасли. Характеристики потребителей тепловой энергии на предприятиях отрасли. Факторы, влияющие на теплопотребление. Повышение эффективности использования теплоты на предприятиях отрасли.



-

[1, Ч.1, Раздел 2],

[2, стр 191-199]

Примечание:

* темы, которые прорабатываются совместно с преподавателем во время аудиторных занятий;

«?» материал для самостоятельного изучения.
Согласно рабочей программе, для студентов заочного факультета технологических специальностей предусмотрено выполнение лабораторных работ или практических занятий.
1.4. Практические занятия


№ п/п

Темы

практических занятий

Кол. час.

№ темы лекции

Литература

1

2

3

4

5

1.


Расчет параметров и процессов идеального газа.

1

3-6

[1, Ч. 1, стр. 7-15], [4, стр. 67-100], [5, стр. 22-31].

2.


Расчет процессов водяного пара.

1,5

8

[1, Ч. 1, стр. 20-23] [3],

[4, стр. 170 -207]

3.


Циклы паротурбинных установок.

1

9

[1, Ч. 1, стр. 34-36], [4, стр. 230-235].

4.


Циклы холодильных установок.

1

16

[1, Ч. 1, стр. 37-38],

[4, стр. 261-235], [5, стр. 49-65].

5.


Расчет параметров влажного воздуха.

1

10

[1, Ч. 1, стр. 25-26], [4, стр. 280-290], [5, стр. 65-68].

6.


Стационарная теплопроводность и теплопередача.

0,5

12

[1, Ч. 1, стр. 43-45; 52-53], [5, стр. 68-73, 84-91].

7.

Теплоотдача при свободной и вынужденной конвекциях.

1

13

[1, Ч. 1, стр. 45-48],

[5, стр. 73-78]

8.

Теплообменные

аппараты.

1

15

[1, Ч. 1, стр.],

[5, стр.91-96]



1.5. Лабораторные занятия
Тематика и количество лабораторных работ определяются кафедрой.

В следующей таблице приведен примерный перечень тем лабораторных занятий.


№ п/п

Темы

лабораторных занятий

Кол.

часов



темы лекции

Литература

1.

Построение участка нижней пограничной кривой для воды.

2

8

[1, Ч. 1, стр. 20-23] [3], [4, стр. 170 -207].

2.

Исследование влажного воздуха.

2

10

[1, Ч.1, стр.25-26], [2, стр 44].

3.

Определение коэффициента теплопроводности материала методом цилиндрического слоя.

2

12

[1, Ч.1, стр.43-44, 52-53], [2, стр. 70-72, 97-100].

4.

Определение коэффициента теплоотдачи при свободном движении воздуха.

2

13

[1, Ч.1, стр.45-48],

[2, стр 77-86],


2. Список литературы


  1. Буянов О.Н. Тепло - и хладоснабжение предприятий пищевой промышленности. Учебное пособие. Часть1, Часть 2. -.Кемерово, 2001.- 222 с.

  2. Теплотехника: Учебник для вузов /Под ред. А.П. Баскакова. – М.: Энергоиздат, 1991. – 224 с.

  3. Ривкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара: Справочник. Рек. Гос. Службой стандартных справочных данных. – М.: Энергоиздат , 1984. - 80 с.

  4. Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике. М.: Машиностроение, 1973. - 344 с.

  5. Самойлов А.И. Сборник задач по термодинамическим процессам и процессам теплообмена в машинах и аппаратах холодильных установок. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. – 144 с.


Для изучения теплотехники можно использовать другие учебники для ВУЗов по этой дисциплине.
3. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
На практических занятиях решаются задачи по основным разделам курса. Наибольшее внимание уделяется усвоению законов термодинамики и теплообмена, методам расчета и анализа процессов и циклов энергетических установок.
3.1. Расчет параметров и процессов идеального газа
Основными параметрами состояния являются: удельный объем, абсолютная температура, абсолютное давление.

Удельный объем v, м3/кг:

v =V/m = 1/?,

где V, м3 – объем, m, кг –масса, ?, кг/м3 –плотность.

Абсолютная температура Т, К:

Т = 273,15 + t.

Абсолютное давление р, Па:

р = ратм + ризб,

р = ратм – рвак.

где: ратм – атмосферное давление,

ризб – избыточное давление,

рвак – вакуумное давление.
Связь между единицами измерения:

1кПа = 103 Па; 1МПа = 106 Па,

1бар = 105 Па = 100 кПа,

1ат = 1 кгс/см2 = 98000 Па = 98 кПа,

1мм. рт. ст. =133,3 Па.
В технической термодинамике рассматривают следующие основные термодинамические процессы:

изохорный – при постоянном объеме (v = const),

изобарный - при постоянном давлении (р = const),

изотермический – при постоянной температуре (Т = const),

адиабатный – без внешнего теплообмена (?q = 0),

политропный – при постоянной теплоемкости.
Характеристики, относящиеся к 1 кг вещества, называются удельными, они обозначаются строчными буквами, а характеристики, относящиеся к полной массе – заглавными. Полные характеристики получаются умножением удельных на величину массы:

Q =m∙q, L = m∙ℓ.
Уравнение состояния идеального газа:

pЧv = RЧT для 1 кг идеального газа;

pЧV=mЧRЧT при расчетах с произвольной массой m,

где R, Дж/(кгК) – удельная газовая постоянная (таблица 1 Приложения).

R=R? /? = 8,31451103/?.

1 закон термодинамики:

q = ?u + ℓ.
В таблице 1 приведены формулы для расчета процессов.

Таблица 1.

Процесс

Связь

параметров

Работа изменения объема

Теплота

Изохорный

p2/p1 = T2/T1

ℓ = 0

q = cv (T2-T1)

Изобарный

v2/v1 = T2/T1

ℓ = p (v2 -v1)

q = cp (T2-T1)

Изотермический

p2/p1 = v1/v2

ℓ =RT ln (v2/v1)

ℓ =RT ln (p1/p2)

q = ℓ

Адиабатный

р2/ р1 = (v1/v2)k

T2/T1 = (v1/v2)k-1

T2/T1 = 21)(k-1)/k




q = 0

Политропный

р2/ р1 = (v1/v2)n

T2/T1 = (v1/v2)n-1

T2/T1 = 21)(n-1)/n






Изменение внутренней энергии идеального газа в термодинамическом процессе:

?u = cv∙(T21).
Изменение энтальпии идеального газа в термодинамическом процессе:

?h = cp∙(T21).

Массовые теплоемкости идеального газа cp и cv можно определить по формулам:


cp = k·R/(k-1); cv = R/(k-1),
или как отношение мольной теплоёмкости газов к молекулярной массе (таблица 2 Приложения):

cv = mсv/m, cp= mcр/m ,
k = cp/cv - показатель адиабаты или коэффициент Пуассона.
Задачи
Задача 3.1. При температуре t1 = 20єС 2 кг углекислоты сжимается изотермически до десятикратного уменьшения объема. Определить конечное давление р2, работу сжатия и отводимую теплоту, если начальное давление р1 =0,1 МПа. Принять, что газ идеальный.

Решение.

Конечное давление:

p2/p1 = V1/V2,
p2 = p1 (V1/V2) = 0,1∙(10/1) = 1,0 МПа.
Так как для идеального газа в изотермическом процессе нет изменения внутренней энергии, то по первому закону термодинамики теплота процесса равна работе:
L =Q =m∙R∙T ln (v2/v1).

L = 2∙189 ∙293 ln (1/10) = -254,6 кДж.
Задача 3.2. 1 кг воздуха адиабатно расширяется от начального состояния с температурой t1 = 20єС и давлением р1 =0,8 МПа до давления р2 =0,2 МПа. Определить параметры газа в конце расширения, работу процесса и изменение внутренней энергии газа.

Решение. Температура в конце адиабатного расширения:

T2 = T1 2/ р1)(k-1)/k = 293 (0,2/0,8)(1,4-1)/1,4 =198 К = - 75єС.
Удельный объем воздуха в конце расширения:

.

Работа адиабатного процесса:

.

Изменение внутренней энергии:

∆u = u2 – u1 = -ℓ = - 68000 Дж/кг.


3.2. РАСЧЕТ ПРОЦЕССОВ ВОДЯНОГО ПАРА
Расчет параметров по таблицам водяного пара
Таблицы для определения термодинамических свойств веществ различаются в зависимости от того, какое состояние рассматривается: однофазное или двухфазное. В таблицах для состояния насыщения ([3] и таблицы 7 Приложения) удельные значения объема, энтальпии и энтропии насыщенной жидкости отмечаются одним штрихом, сухого насыщенного пара отмечаются двумя штрихами. Для определения свойств каждой из фаз в состоянии насыщения надо знать только один параметр - давление или температуру, т.к. при насыщении они однозначно связаны между собой.

В этих же таблицах приводится удельная теплота парообразования r = h˝ – h΄ - разность энтальпий сухого насыщенного пара и насыщенной жидкости. Для расчета параметров влажного насыщенного пара необходимо знать также степень сухости пара х.

Параметры влажного пара рассчитываются по формулам:
v = v˝·x+v΄·(1–x),
h = h˝·x+h΄·(1–x) = h΄+ r·x,

s = s˝·x+s΄·(1–x) = s΄ +(r·x)/TS
Степень сухости пара определяется по одной из следующих формул:

x = (s –s΄)/(s˝–s΄),
x = (h–h΄)/( h˝–h΄),
x = (v–v΄)/(v˝–v΄).
Для определения свойств в однофазном состоянии надо знать два параметра этого состояния - обычно давление и температуру. В ячейке таблицы, соответствующей данному состоянию, помещены удельных значения объема «v», энтальпии «h» и энтропии «s».

Внутренняя энергия для воды и водяного пара рассчитывается по формуле:

u=h-p·v.
Расчет по h,s - диаграмме
На диаграмме h,s обычно наносятся:

(p = const);

(t= const);

в области влажного пара изотермы не наносят, так как они совпадают с изобарами;



  1   2   3   4   5


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации