Техническая термодинамика и теплопередача

Вы здесь

1. ВВЕДЕНИЕ В ТЕХНИЧЕСКУЮ ТЕРМОДИНАМИКУ.

Структура и содержание дисциплины. Цель и задачи изучения дисцип-лины и ее связь с другими дисциплинами учебного плана. Дисциплина «Тех-ническая термодинамика» как теоретическая база специальных теплотехни-ческих дисциплин и ее роль в системе подготовки инженеров по теплоснаб-жению сельского хозяйства.
Энергетика и пути ее развития.
Предмет и метод технической термодинамики. Рабочее тело. Термоди-намическая система и основные параметры состояния. Равновесное и нерав-новесное состояния. Уравнения состояния. Термодинамический процесс. Равновесный и неравновесный термодинамические процессы. Диаграмма PV.
Идеальные газы. Законы идеальных газов. Уравнения состояния идеаль-ных газов. Универсальная и удельная газовые постоянные. Нормальные ус-ловия.
Смеси идеальных газов. Закон Дальтона. Способы задания состава газо-вых смесей. Парциальное давление и парциальный объем. Средняя (кажу-щаяся) молярная масса.
Теплоемкость газов и газовых смесей. Удельная, объемная и молярная теплоемкости. Зависимость теплоемкости от характера термодинамического процесса. Изобарная и изохорная теплоемкости. Уравнение Молбера. Зави-симость молярной теплоемкости от атомности газа. Показатель адиабаты. За-висимость теплоемкости от температуры газа. Истинная и средняя теплоем-кости. Таблицы теплоемкостей. Расчет количеств теплоты.
Виды энергии и формы обмена энергии. Теплота и работа. Внутренняя энергия и энтальпия термодинамической системы. Термодинамическая сис-тема, окружающая среда и взаимодействие между ними. Потенциалы взаи-модействия. Энтропия. Диаграмма TS.
Реальные газы и их качественные особенности. Уравнения состояния ре-альных газов.
Водяной пар. Основные определения характерные состояния пара. Про-цессы парообразования и перегрева пара в диаграммах PV и TS. Определение параметров воды и водяного пара. Таблицы воды и водяного пара. Диаграм-ма hS водяного пара. Фазовые переходы. Тройная точка. Уравнение Клапей-рона-Клаузиуса. Критические параметры.
Влажный воздух, основные определения. Относительная влажность. Влагосодержание и энтальпия. Температура точки росы и парциальное дав-ление водяных паров. Процессы во влажном воздухе, основы их расчета. Психрометр и гигрометр.

 

2. ЗАКОНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ.

Первый закон термодинамики, формулировки и уравнения. Работа и те-плота как формы обмена энергией. Основное уравнение термодинамики.
Уравнение первого закона термодинамики для открытых систем. Осо-бенности открытых систем. Энтальпия и располагаемая работ. Техническая работа. Работа проталкивания. 
Второй закон термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Принципы существования и возрастания энтропии. Энтропия изолированной системы и деградация энергии. Обратимые и необратимые процессы. Форму-лировки второго закона термодинамики. Условия работы тепловых двигате-лей и холодильных машин. Объединенное уравнение первого и второго зако-нов термодинамики.
Прямой цикл и термический КПД. Обратный цикл и холодильный коэф-фициент. Цикл Карно. Теорема Карно. Шкала термодинамических темпера-тур.
Энтропия и вероятность состояния. Интеграл Клаузиуса. Доказательство существования энтропии. Энтропия идеального газа.

3. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ.

Задачи изучения процессов. Политропные процессы идеальных газов. Уравнения процессов. Теплоемкость газа и показатель политропы. Изохор-ный, изобарный, изотермический и адиабатный процессы. Изображение в диаграммах PV и TS. Связь между основными параметрами состояния. Рабо-та, теплота изменения внутренней энергии, энтальпии и энтропии. Распреде-ление теплоты в термодинамических процессах.
Термодинамические процессы изменения состояния водяного пара. Изо-хорный, изобарный, изотермический и адиабатный процессы в диаграммах PV, TS и hS. Особенности расчета термодинамических процессов реальных газов.
Термодинамика потока газа. Уравнение неразрывности и количества движения. Сопло и диффузор. Сужающееся сопло и сопло Лаваля.
Истечение газов. Скорость и расход газа при адиабатном истечении. Ис-течение газов из сужающегося сопла и сопла Лаваля. Критическая скорость и критические параметры газа. Условия достижения сверхзвуковых скоростей. Особенности расчета истечения в зависимости от отношения давлений и профиля сопла. Действительный процесс истечения. Истечение водяного па-ра.
Дросселирование газов. Уравнение процесса адиабатного дросселирова-ния. Изменение параметров газов. Эффект Джоуля-Томсона. Кривая инвер-сии. Дросслерование водяного пара.
Смешение газов и паров. Способы смешения. Расчет параметров газовой смеси.

4. ПРОЦЕССЫ В ТЕПЛОВЫХ МАШИНАХ.

Компрессоры. Рабочий процесс одноступенчатого поршневого компрес-сора. Вредное пространство в цилиндре. Изотермическое, адиабатное и по-литропное сжатие. Изображение процессов в PV- и TS- диаграммах. Удель-ная работа на привод компрессора. Мощность привода компрессора. Много-ступенчатое сжатие.
Турбокомпрессоры и эжекторы (пароструйные компрессоры). Процессы в эжекторах и коэффициент инжекции.
Тепловые двигатели. Обобщенный цикл тепловых двигателей. Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания с изохорным, изобарным и смешанным подводом теплоты. Цикл газотурбинной установки с изобарным подводом теплоты. Задачи и метод термодинамического исследования цик-лов. Параметры циклов. Изображение в диаграммах PV и TS. Удельная рабо-та и термический КПД циклов. Циклы с регенерацией теплоты. Циклы реак-тивных двигателей. Сравнение и анализ циклов тепловых двигателей.
Паросиловые установки. Цикл Карно и его недостатки. Цикл Ренкина в диаграммах PV и TS. Методы повышения КПД. Регенеративный подогрев воды и промежуточный перегрев пара. Основы теплофикации. Циклы паро-газовых установок.
Сравнительный анализ работы тепловых машин.
Холодильные установки. Принципиальные схемы парокомпрессионных, Пароабсорбционных и пароэжекторных холодильных установок. Требования к холодильным агентам. Цикл парокомпрессионной холодильной установки. Холодильный коэффициент и методы повышения эффективности холодиль-ных установок.
Тепловые насосы, термодинамические основы работы. Показатели эф-фективности.
Эффективность преобразования энергии. Работоспособность и эксергия. Эксергетический метод исследования. Эксергетическая диаграмма. Эксерге-тические потери и эксергетический КПД.
 

Цели и задачи: 

Цель дисциплины: формирование у студентов теоретических знаний и практических навыков по выполнению термодинамиче-ских расчетов и анализу эффективности тепловых машин и установок.
Задачи дисциплины:
* изучение параметров и свойств рабочих тел тепловых машин;
* изложение содержания и сущности законов термодинамики;
* формирование термодинамического метода исследования термодинамических процессов и циклов тепловых машин.

Учебная программа: 
Дополнительная литература: 

Основная

1. Теплотехника [Текст]: учебник для вузов / В.Н. Луканин [и др.]; под ред. В.Н. Луканина. — 4-е изд., испр. — Москва: Высшая школа, 2003. — 671 с.: ил.
2. Техническая термодинамика [Текст]: учебник для вузов / В.И. Крутов [и др.]; под ред. В.И. Крутова. — 3-е изд., перераб. и доп. — Москва: Высшая школа, 1991. — 384 с.: ил.

Дополнительная

3. Нащокин В. В. Техническая термодинамика и теплопередача [Текст]: учеб. пособие для вузов / В. В. Нащо-кин. — Москва: Высшая школа, 1980. — 469 с.: ил.
4. Сборник задач по технической термодинамике [Текст]: учеб. пособие для вузов / Т.Н. Андрианова [и др.]. — 3-е изд., перераб. и доп. — Москва: Энергоатомиздат, 1981. — 240 с.: ил.
5. Юдаев Б. Н. Техническая термодинамика. Теплопередача [Текст]: учебник для втузов / Б. Н. Юдаев. – Моск-ва: Высшая школа, 1988. – 479 с.: ил.
6. Основы теплотехники [Текст]: методические указания к лабораторным работам для студентов спец. С 03.02 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» / БГАТУ, кафедра энергетики; сост.: А.Г. Цубанов [и др.]. — Минск, 2000. — 37 с.
7. Основы теплотехники [Текст]: методические указания к практическим занятиям для студентов спец. 1 – 74 06 05 «Энергетическое обеспечение сельскохозяйственного производства» / БГАТУ, кафедра энергетики; сост.: А.Г. Цубанов [и др.]. — Минск, 2005. — 104 с.
8. Теплотехнология в сельском хозяйстве [Текст]: методические указания к лабораторным занятиям для студентов спец. С 03.02 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» / БГАТУ, кафедра энергети-ки; сост.: В.А. Коротинский [и др.]. — Минск, 1999. —50 с.