Министерство образования и науки РФ
Федеральное агентство по образованию
Рыбинская государственная авиационная технологическая академия им. ёва
Факультет авиадвигателестроения
Кафедра Физики
Утверждаю
Декан факультета АД
__________
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине «Термотрансформаторы»
для направления 140400 Техническая физика
Форма обучения – очная
Распределение часов
Форма обучения | очная |
Лекции | 24 |
Практические занятия | 12 |
Самостоятельная работа | 39 |
Всего | 75 |
Форма контроля 6 семестр – зачет
Программу составил
Рабочая программа рассмотрена на заседании кафедры 4 октября 2005 г., протокол №1.
Зав. кафедрой физики
Рыбинск 2005
Министерство образования и науки РФ
Федеральное агентство по образованию
Рыбинская государственная авиационная технологическая академия им. ёва
Факультет авиадвигателестроения
Кафедра Физики
Утверждаю
Декан факультета АД
__________
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине «Термотрансформаторы»
для специальности 140402 Теплофизика
Форма обучения – очная
Распределение часов
Форма обучения | очная |
Лекции | 24 |
Практические занятия | 12 |
Самостоятельная работа | 39 |
Всего | 75 |
Форма контроля 6 семестр – зачет
Программу составил
Рабочая программа рассмотрена на заседании кафедры 4 октября 2005 г., протокол №1.
Зав. кафедрой физики
Рыбинск 2005
Введение
Программа курса «Термотрансформаторы» составлена в соответствии с учебными планами подготовки инженера по специальности 140402 Теплофизика и бакалавра по направлению 140400 Техническая физика.
Цель и задачи курса – приложение метода термодинамического анализа применительно к развитию теории теплосиловых и холодильных установок, тепловых насосов, комбинированных установок, работа которых связана с транформацией различных видов энергии и с сопутствующим преобразованием параметров тепловых потоков.
Рекомендации по изучению дисциплины
При изучении курса «Термотрансформаторы» для качественного усвоения теоретических аспектов необходимо логически увязанное сочетание лекционного материала с практическими (семинарскими) занятиями, позволяющими развить навыки практического характера. Самостоятельная работа предусмотрена учебным планом в объёме 39 часов и должна быть затрачена на подготовку к лекциям и выполнению домашних заданий по решению задач, предлагаемых преподавателем.
1. Содержание дисциплины
Теоретическая лекционная часть
Лекция 1. Введение. Классификация основных циклов. Обратимость, принцип возрастания энтропии. Внутренняя и внешняя необратимость.
Лекция 2. Образцовые циклы. Зависимость эффективности цикла от граничных температур. Цикл Лоренца. Образцовые циклы процесса термостатирования.
Лекция 3. Методы оценки эффективности циклов. Уравнение Гюги-Стодолы. Эффективность. Эксергия тепла. Эксергетический кпд. Эксергетический метод анализа. Карнотизация, соответственные и эквивалентные циклы.
Лекция 4. Анализ обратных циклов методом карнотизации. Необратимость цикла парокомпрессорной холодильной машины с дросселированием. Технико-экономический анализ.
Лекция 5. Оценочные показатели действительных циклов. Тепловой заряд. Интеграл давления. Оценка прямых циклов по габаритной характеристике. Условия сопоставления циклов.
Лекция 6. Факторы влияющие на внутреннюю необратимость. Термодинамический анализ обратных циклов. Парокомпрессионный обратный цикл.. Газокомпрессионные холодильные циклы.
Лекция 7. Циклы совместного получения тепла и холода. Обратный паровой цикл с использованием вторичных энергоресурсов. Разомкнутый процесс воздушно-компрессионной установки. Влияние недорекуперации на эффективность циклов холодильных машин.
Лекция 8. Углекислотный цикл. Установки на базе вихревых энергоразделителей. Термодинамика вихревых труб. Вихревая труба с дополнительным потоком. Расчет вихревых труб.
Лекция 9. Термотрансформатор понижающего типа. Термотрансформатор повышающего типа. Термотрансформаторы смешанного типа.
Лекция 10. Сопоставление тепла разных потенциалов. Эксергетический метод термодинамического анализа. Эксергетический кпд. Эксергетический кпд энергетических машин и устройств. Эксергетический кпд тепловых циклов.
Лекция 11. Эксергетический кпд компрессора или насоса. Эксергетический кпд парового котла. Эксергетический кпд турбины. Эксергетический кпд теплообменного аппарата.
Лекция 12. Эксергетический баланс регенеративной газотурбинной установки.
2. Перечень практических занятий
– оценка эффективности циклов методом сравнения коэффициентов – 3 часа;
– энтропийный и эксергетический методы анализа совершенства процессов и циклов – 3 часа;
– построение энтропийных диаграмм – 3 часа;
– построение эксергетических диаграмм – 3 часа.
3. Список литературы
Основной
3.1. , , Жорник - торы: Учебное пособие.–Рыбинск: РГАТА, 2004.– 132 с.
Андрюшенко технической термодинамики реальных газов.–М.: Высшая школа, 1975.– 264 с.
Хейвуд циклов в технической термодинамике.– М.: Энергия, 1979.– 280 с.
Дополнительный
Мартыновский , схемы и характеристики термотрансформаторов/ Под ред. .– М.: Энергия, 197с.
Бродянский метод термодинамического анализа.–М.: Энергия, 1973.
4. Методические указания по изучению дисциплины
Освоение дисциплины следует начинать с изучения её теоретических положений, а также с определения разделов смежных дисциплин, материал которых, либо его часть составляют основы изучаемого предмета. Перед началом изучения их необходимо повторить. Самостоятельная проработка основной и дополнительной литературы позволит повысить эффективность теоретического базиса курса, излагаемого на лекциях преподавателем. Эффективность самостоятельной работы определяется активностью и качеством работы студента над материалом. Кроме того она содержит дополнительный момент – позволяет выявить обучающемуся некоторые тонкости и особенности дисциплины, опущенные при изложении в лекционном курсе из-за дефицита аудиторных часов, отведенных на курс учебным планом подготовки.
Самостоятельная работа является основной и важнейшей формой подготовки к контрольным моментам в виде зачета или экзамена и позволяет сформировать базисную основу для практических занятий по решению конкретных задач.
5. Список экзаменационных контрольных вопросов
5.1. Классификация основных циклов.
5.2. Внутренняя и внешняя необратимость.
5.3. Образцовые циклы.
5.4. Зависимость эффективности цикла от граничных условий по температуре.
5.5. Цикл Лоренца.
5.6. Образцовые циклы процесса термостатирования.
5.7. Методы оценки эффективности циклов.
5.8. Уравнение Гюи–Стодолы.
5.9. Эксергия. Эксергия тепла. Эксергетический кпд.
5.10. Эксергетический метод анализа.
5.11. Карнотизация, соответственные и эквивалентные циклы.
5.12. Анализ обратных циклов методом карнотизации.
5.13. Необратимость парокомпрессионного обратного цикла с дроосселированием.
5.14. Технико-экономический анализ.
5.15. Оценочные показатели действительных циклов.
5.16. Тепловой заряд.
5.17. Интеграл давления.
5.18. Оценка прямых циклов по габаритной характеристики.
5.19. Условия сопоставления циклов.
5.20. Факторы влияющие на внутреннюю необратимость.
5.21. Термодинамический анализ обратных циклов.
5.22. Парокомпрессионный обратный цикл.
5.23. Газокомпрессионные холодильные циклы.
5.24. Циклы совместного получения тепла и холода.
5.25. Обратный паровой цикл с использованием вторичных энергоресурсов.
5.26. Разомкнутый процесс воздушно-компрессионной установки.
5.27. Влияние недорекуперации на эффективность циклов холодильных машин.
5.28. Углекислотный цикл.
5.29. Установки на основе вихревых труб.
5.30. Расчеты вихревых труб.
5.31. Термотрансформатор понижающего типа.
5.32. Термотрансформатор повышающего типа.
5.33. Термотрансформатор смешанного типа.
5.34. Сопоставление тепла разных потенциалов.
5.35. Эксергетический метод термодинамического анализа.
5.36. Эксергетический кпд энергетических машин и установок, устройств.
5.37. Эксергетический кпд тепловых циклов.
5.38. Эксергетический кпд компрессора или насоса.
5.39. Эксергетический кпд парового котла.
5.40. Эксергетический кпд турбины.
5.41. Эксергетический кпд теплообменного аппарата.
6. Контрольные вопросы и задачи
6.1. Контрольные вопросы
1. Дайте определение окружающей среде с точки зрения тепловых циклов.
2. Что означает термин производство холода?
3. Определите коэффициент преобразования термотрансформатора?
4. Что означает термостатирование?
5. Дайте определение теоретическому коэффициенту преобразования тепла.
6. Что означает оптимальный коэффициент преобразования?
7. Дайте определение тепловому двигателю, холодильной установке, тепловому насосу.
8. Что означает повышающий, понижающий и смешанный термотрансформатор?
9. Запишите выражения для термического кпд, холодильного коэффициента и дайте им определения.
10. Что означает низкотемпературный цикл?
11. Укажите пределы изменения возможной эффективности термотрансформаторов при реализации обратимых циклов.
12. Дайте формулировкувторому началу термодинамики.
13. Самопроизвольные процессы в природе и направленность их протекания.
14. Запишите выражение для расчета меры необратимости преобразования теплоты.
15. Дайте определение обратимости.
16. Внешняя и внутренняя необратимость. Как это понять исходя из принципа возрастания энтропии.
17. Запишите функцию Рэлея для оценки скорости деградации работоспособности термодинамической системы при реализации в ней необратимых процессов.
18. Скорость диссипации свободной энергии системы.
19. Запишите коэффициент преобразования тепла в работу для обратимой машины Карно.
20. Укажите расчетную зависимость приращения энтропии в результате необратимости теплообмена.
21. Изобразите в P, V– и T, S– диаграмме обратимые циклы Карно и цикл с эквидистантными процессами подогрева и охлаждения.
22. Дайте математическую формулировку второго начала по Больцману и на основе её формулировку второго начала.
23. Сформулируйте теорему Нернста и запишите её математическую трактовку.
24. Приведите схему разбиения возможных процессов на 4 характерные группы по .
25. Образцовые циклы и их коэффициенты преобразования тепла.
26. Цикл Лоренца в P, V– и T, S– диаграмме.
27. Холодильный и тепловой коэффициенты цикла Лоренца. Запишите выражение для их расчета.
28. Приведите расчетную зависимость для отношения работ циклов Лоренца и Карно. Проанализируйте её.
29. Уравнение Гюи–Стодолы.
30. Эксергия потока. Запишите выражение для её расчета.
31. Чем выражение для эксергии отличается от известной потенциальной функции Гиббса?
32. Эксергия тепла и массы.
33. Приведите пример двойного преобразования неравновесности («китайская уточка»).
34. Максимальная работоспособность.
35. Фактор Карно.
36. Удельная эксергия потока вещества. Формула для её расчета.
37. Эксергетический кпд.
38. Диссипация энергии.
39. Эксергетический метод анализа.
40. Что такое карнотизация цикла?
41. Что называется эквивалентным циклом?
42. Объясните, что понимается под тепловым зарядом.
43. Дайте определение интегралу давления.
44. Как оцениваются прямые циклы по габаритной характеристике?
45. Как оцениваются обратные циклы по габаритной характеристике?
46. Раскройте условия сопоставления циклов.
47. Какие факторы влияют на внутреннюю необратимость циклов?
48. Как влияет недорекуперация на эффективность циклов холодильных машин?
49. Изобразите схему и T, S– диаграмму углекислотного холодильного цикла.
50. Что такое вихревое энергоразделение?
51. Нарисуйте схемы вихревых труб и объясните принцип их действия.
52. Вихревая труба с дополнительным потоком.
53. Оценочные параметры эффективности рабочего процесса вихревых труб.
54. Что такое термотрансформатор понижающего типа?
55. Что такое термотрансформатор повышающего типа?
56. Дайте определение термотрансформатора смешанного типа.
57. Запишите выражения для расчета эксергии тепла, потока, эксергии топлива.
58. Эксергетический кпд тепловых циклов.
59. Эксергетический кпд ДВС.
60. Эксергетический кпд тепловой электростанции.
61. Эксергетический кпд холодильных установок.
62. Эксергетический кпд компрессора, турбины, камеры сгорания, парового котла, теплообменника.
Примеры характерных задач
1. Определить секундную эксергетическую потерю от трения в подшипниках гидротурбины мощностью N=200000 кВт, если на трение уходит 3% мощности. Подшипники охлаждаются воздухом, поступающим для охлаждения с t1=170C и уходящим из системы охлаждения с t2=500C.
1. Определить эксергетические потери, сопровождающие протекание пара от котла к турбине по трубопроводу. В общем случае эти потери вызываются неравновесным теплообменом и трением рабочего тела. Тепло подводимое к пару 
. Из котла пар выходит с давлением Р1= 98×105 Па и температурой t1=5000C. На выходе из трубопровода параметры пара Р2==88×105Па, t2=4900C. Тепловые потери составили 
.
2. Вычислите термический кпд цикла Ренкина, в котором пар в начале находится в сухом насыщенном состоянии при давлении 2 МПа. Давление в конденсаторе составляет 7 кПа. Сравните этот кпд 
с термическим кпд цикла Карно для тех же предельных температур.
3. Пар изоэнтропийно расширяется в цилиндре высокого давления паровой турбины от давления 2 МПа при температуре 3500С до 0,1 МПа. Затем изоэнтропийное расширение продолжается в цилиндре низкого давления до 7 кПа. Вычислите долю полной полезной работы, приходящуюся на цилиндр высокого давления.
