Министерство образования и науки Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный политехнический университет
Факультет-разработчик
УТВЕРЖДАЮ
Декан факультета-разработчика
________________
"____" ________ 2011 г
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Теоретические основы теплотехники
Составлена кафедрой
Теоретические основы теплотехники
для ООП подготовки бакалавров по направлению
080500
Наименование ООП
экономика и управление на предприятии (энергетики)
Образовательный стандарт
ФГОС ВПО 3-го поколения
Форма обучения
очная
Программа соответствует ФГОС ВПО и согласована с факультетом-заказчиком (ФЭМ)
Утверждена кафедрой-разработчиком
(протокол № ___ от __.__.2011)
Зав. кафедрой
Программу в соответствии с ФГОС ВПО разработали:
профессор
Рабочая программа учебной дисциплины (РПД)
Теоретические основы теплотехники
Введение
Настоящая рабочая учебная программа (РУП) составлена на основе рекомендаций Научно-методического совета Министерства образования и науки Российской федерации по физике. Курс "Теоретические основы теплотехники" формировался в течение XIX и XX веков в связи с появлением тепловых двигателей и развития энергетики. Она соответствует базовому уровню изучения предмета, при котором должна достигаться способность к решению сложных задач, требующих знания всей дисциплины.
1. Цели и задачи изучения дисциплины
1.1. Цель изучения дисциплины
Необходимой теоретической базой при изучении курса являются знания в объеме ВУЗовской программы курсов: "Высшая математика", "Физика", "Общая химия", "Металловедение". На базе курса студенты осваивают специальные курсы: "Паровые и газовые турбины", "Парогенераторы и реакторы", "Теплоэнергетические установки", "Атомные электростанции".
Целью обучения студентов по данному курсу является:
1. Знание физических основ многообразия процессов, протекающих в теплоэнергетическом оборудовании ТЭЦ, КЭС и атомных электростанций.
2. Умение технически грамотно организовать и контролировать экономическую обоснованность проектирования и эксплуатации различных тепловых двигателей, теплообменных устройств и прочего энергооборудования современных энергетических установок.
2. Место дисциплины в учебном плане
Дисциплина изучается во втором семестре. Преподавание курса реализуется через два вида занятий: лекции и упражнения.
Лекции являются основным, ведущим видом занятий. На них дается представление о различных разделах физики, их взаимосвязи, о методах теоретических и экспериментальных исследований, о связи физики и техники.
Практические занятия (упражнения) предназначены для активного овладения материалом курса. Их результатом должно стать формирование у студентов умения решать физические задачи, навыков применения на практике теоретических знаний, полученных на лекциях.
Изложение материала курса тесно связано с параллельно читаемым курсом высшей математики, в практических занятиях применяется вычислительная техника. Студенты получают основы для изучения таких дисциплин, как теоретические основы электротехники, теоретическая механика, математическая и теоретическая физика и других.
3. Распределение объема учебной дисциплины по типам обучающих технологий
Общая трудоемкость курса составляет 61 час. Обучение проводится во втором семестре. Предусмотрен экзамен.
4. Содержание дисциплины
4.1. Разделы дисциплины и виды учебной работы
Темы | Л, | ПЗ, | |
1 | Введение. Основные понятия | 1 | - |
2 | Первый закон термодинамики | 2 | 1 |
3 | Основные термодинамические процессы с идеальным газом | 4 | 2 |
4 | Второй закон термодинамики | 3 | - |
5 | Приложение I и II законов термодинамики к работе тепловых двигателей с идеальным газом | 4 | 2 |
6 | Реальные газы | 2 | 2 |
7 | Циклы паротурбинных установок (ПТУ) | 4 | 3 |
8 | Установки прямого преобразования теплоты в работу | 1 | - |
9 | Термодинамика потока | 1 | - |
10 | Стационарная и нестационарная теплопроводность | 4 | 2 |
11 | Конвективный тепло-и массообмен | 3 | 2 |
12 | Радиационный теплообмен | 3 | 2 |
13 | Теплообменные аппараты | 2 | 1 |
по видам учебной работы | 34 | 17 |
4.2. Содержание разделов и результаты изучения дисциплины
Темы, разделы | Результаты изучения дисциплины | |
1 | Техническая термодинамика | Формирование базовых знаний о законах термодинамики. В первой части курса изучаются законы превращения энергии в различных процессах, сопровождающихся тепловыми эффектами. Рассматриваются равновесные состояния и квазиравновесные процессы в макроскопических системах. Исследуются две формы энергообмена - теплота и работа, анализируются явления, уменьшающие полезную работу термодинамической системы. Проводится анализ циклов энергетических машин и установок. |
2 | Теория тепло-и массообмена | Создание базовых знаний о процессах теплопереноса. Во второй части курса излагаются основные положения теории стационарной и нестационарной теплопроводности, методы решения задач с применением ЭВМ. Рассматривается конвективный теплообмен, теплообмен при фазовых переходах, передача теплоты излучением в системе тел. Приводится метод расчета теплообменных аппаратов энергетических машин. |
4.3. Инвариантное содержание РПД по разделам
Часть первая. Техническая термодинамика
1. Введение. Основные понятия.
Предмет и метод курса "Теоретические основы теплотехники" Краткий исторический очерк развития дисциплины. Проектирование и эксплуатация парогенераторов, реакторов, атомных электростанций и вопроса экономики. Рабочее тело, параметры состояния, уравнение состояния рабочего тела.
2. Первый закон термодинамики.
Количество теплоты, изменение внутренней энергии, внешняя работа, энтальпия. Первый закон термодинамики как частный случай всеобщего закона сохранения и превращения энергии. Равновесные и неравновесные процессы. Обратимость и необратимость процессов. Круговые процессы или циклы. Понятие об идеальном и реальном газе.
3. Основные термодинамические с идеальна г
Уравнение состояния Клапейрона - Менделеева для идеального газа и газовое смеси. Газовая постоянная.
Изохорный, изобарный, изотермический, адиабатный и политроп ный процессы с идеальным газом, Общие свойства внутренней энергии идеального газа. Теплоемкости процессов.
4. Второй закон термодинамики.
Прямой обратимый цикл Карно и его к. п. д. Произвольный обратимый цикл. Интеграл Клаузиуса. Энтропия. Тепловая диаграмма (ТS –диаграмма). Изображение термодинамических процессов в ТS – диаграмме. Цикл Карно в ТS – диаграмме. Цикл Карно с регенерацией.
Самопроизвольное возрастание энтропии в необратимых и адиабатных процессах. Энтропия и теория вероятности.
Энтропийный метод оценки работоспособности система и области его применения.
Эксергетический метод оценки работоспособности системы и области его применения. Энтропия и "теория тепловой смерти" Вселенной.
5. Приложение первого и второго законов термодинамики к работе тепловых двигателей с идеальным газом.
Индикаторная диаграмма и идеальный цикл ДВС при различных условиях подвода теплоты. Схема и цикл ГТУ с изобарным подводом теплоты. Применение регенеративного подогрева рабочего тела в ГТУ. Промежуточное охлаждение и промежуточный подогрев рабочего тела в ГТУ.
Методы повышения эффективности циклов тепловых двигателей.
6. Реальные газы.
Процесс парообразования в РV- и ТS - диаграммах. Основ - ные понятия о термодинамических характеристиках водяного пара (энтальпия, внутренняя энергия, степень сухости, теплоемкость пара). Таблицы термодинамических свойств сухого насыщенного и перегретого пара и кипящей жидкости НS -диаграмма водяного пара. Изобарный и адиабатный процессы с водяным паром. Дросселирование пара.
7. Циклы паротурбинных установок (ПТУ).
Схема и цикл Ренкина паротурбинной установки. Влияние нача-льных и конечных параметров пара на КПД паротурбинной уста-
новки. Цикл паротурбинной установки со вторичным перегревом пара. Цикл ПТУ с регенеративным подогревом питательной воды. Теплофикационное циклы паротурбинных установок. Парогазовые циклы. Циклы атомных энергетических установок.
8. Установки прямого преобразования теплоты в paботу.
Принцип действия магнитно-гидродинамического генератора. Магнитно-гидродинамическая установка разомкнутой и замкнутой схемы. Термоэлектрические генераторы.
9. Термодинамика потока.
Первый закон термодинамики для потока, энтальпия торможения. Скорость истечения в функции перепада энтальпий. Скорость истечения в функции отношения давлений. Сопло Лаваля.
Часть вторая. Теория тепло-и массообмена
10. Стационарная и нестационарная теплопроводность.
Вывод дифференциального уравнения теплопроводности. Граничные условия в задачах теплопроводности и способ их задания. Теплопроводность в плоской и цилиндрической одно - и многослойной стенке. Коэффициент теплопередачи. Нестационарная теплопроводность.
11. Конвективной тепло-и массообмен.
Механизм конвективного переноса тепла и массы. Дифферен-циальные уравнения конвективного теплообмена. Уравнение энер-гии. Уравнения движения вязкой жидкости. Уравнение сплошности потока. Применение теории подобия для обобщения данных опыта. Критерии теплового подобия, их физическая сущность и формы связи между ними.
Теплоотдача при свободной конвекции. Теплоотдача при вынужденной конвекции в условиях внутренней и внешней задачи. Теплообмен при изменении агрегатного состояния.
12. Радиационный теплообмен
Основные законы радиационного теплообмена. Частные случаи теплообмена излучением. Роль экранов при защите от излучения. Расчет теплообмена излучением в камерах горения.
13. Теплообменные аппараты.
Рекуперативное и регенеративное теплообменные аппараты. Основные схемы включения теплоносителей и уравнения для теплового расчета рекуперативных теплообменников. Тепловой и гидродинамический расчет теплообменных аппаратов.
Эксергетический анализ теплообменных аппаратов.
5. Образовательные технологии
Аудиторные занятия в форме лекций | не более 40% | 40% |
Аудиторные занятия в интерактивной форме | не менее 20% | 20% |
В преподавании курса используются преимущественно традиционные образовательные технологии:
– лекции,
– практические занятия.
Сводные данные по занятиям в лекционной, активной и интерактивной форме:
Предельный по ФГОС ВПО | Реальный по РПД | |
Аудиторные занятия в форме лекций | не более 40% | 40% |
Аудиторные занятия в интерактивной форме | не менее 20% | 20% |
6. Лабораторный практикум
Не предусмотрен
6. Примерный план упражнений
1. Первый закон термодинамики.
2. Основные термодинамические процессы с идеальным газом.
3. Приложение I и II законов термодинамики к работе тепловых двигателей с идеальным газом.
4. Реальные газы.
5. Циклы паротурбинных установок (ПТУ).
6. Стационарная и нестационарная теплопроводность.
7. Конвективный тепло-и массообмен.
8. Контрольная работа.
7. Практические и контрольные задания
Студенты выполняют домашние задания к упражнениям.
8. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
8.1. Рекомендуемая литература
Основная литература
1. , , Основы технической термодинамики и теории тепло - и массоообмена: Учеб. Пособие.- СПб.: Изд-во Полит. Ун-та, 2008.-420 с.
2. и др. Сборник задач по технической термодинамике.-М.:
Изд-во МЭИ, 2000.-354 с.
3. А., Сукомел по теплопередаче.- М.: Энергия, 1980. –
286 с.
Дополнительная литература
1. , Техническая термодинамика и теплопередача. СПб.: СПбГТУ, 200с.
8.2. Условия реализации и технические средства по обеспечению дисциплины
Установки для лекционных демонстраций, в том числе с помощью видео комплекса кафедры. Учебные видеоматериалы и дополнительная литература на сайте кафедры http://www. tot. *****
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Лекционные демонстрации и лабораторные установки кафедры теоретических основ теплотехники, компьютерные демонстрации по различным разделам курса, компьютерные проекторы, библиотека кафедры, сайты в Интернете.
10. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины
Лекционный теоретический материал закрепляется на практических занятиях, которые проводятся в виде семинаров и/или упражнений (решение задач) по всем основным разделам дисциплины. Предусмотрены домашние задания. Текущий контроль осуществляется тестированием и контрольной работой.
Выполнение требований ГОС ВПО в рабочей программе учебной дисциплины подтверждаем:
Заказчик РПД Декан ФЭМ _________________ "____" ________ 2011 г. | Разработчик РПД Заведующий кафедрой теоретических основ теплотехники ЭнМФ _________________ "______" _____________ 2011 г. |
