Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Саратовский государственный технический университет имени »
Кафедра «Теплоэнергетика»
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине
Б.3.2.11 «Техническая термодинамика и теплотехника»
направления подготовки
241000.62 «Энерго и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии»
Профиль 1 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»
форма обучения – очная
курс – 2
семестр – 4
зачетных единиц – 2
часов в неделю – 2
всего часов – 72
в том числе:
лекции – 16
коллоквиумы – 2
практические занятия – 18
лабораторные занятия – нет
самостоятельная работа – 36
зачет – 4 семестр
экзамен – нет
РГР – нет
курсовая работа – нет
курсовой проект – нет
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры
«02» сентября 2013 года, протокол
Зав. кафедрой _____________//
Рабочая программа утверждена на заседании УМКН
«___» ________ 2013 года, протокол № ____
Председатель УМКН ____________//
Саратов 2013
1. Цели и задачи дисциплины
Цель преподавания дисциплины состоит в изучении студентами законов преобразования тепловой и механической энергий, термодинамических методов анализа процессов и циклов тепловых энергетических установок, основных законов тепломассообмена и их приложений к практическим инженерным задачам.
Основными задачами изучения дисциплины являются овладение студентами основными понятиями и фундаментальными законами термодинамики и тепломассообмена (теплотехники), а также научиться выполнять инженерные расчеты основных термодинамических и теплообменных процессов, встречающихся в инженерной практике.
2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО
Дисциплина «Техническая термодинамика и теплотехника» входит в вариативную часть профессионального цикла подготовки бакалавра по направлению «Энерго и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии».
Логическая и содержательно-методическая взаимосвязь с другими дисциплинами и частями ООП выражается в следующем.
Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: высшая математика; физика; общая и неорганическая химия.
Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при изучении дисциплин профессионального цикла и при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы.
3. Требования к результатам освоения дисциплины
Изучение дисциплины направлено на формирование следующих компетенций:
– использовать основные положения и методы естественных наук при решении профессиональных задач (ОК-10);
– использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применением методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-1);
– способность использовать основные естественнонаучные законы для понимания окружающего мира и явлений природы (ПК-2);
– способность участвовать в совершенствовании технологических процессов с позиций энерго - и ресурсосбережения, минимизации воздействия на окружающую среду (ПК-8).
Студент должен знать: основные законы термодинамики и теплообмена, способы получения и преобразования энергий.
Студент должен уметь: решать теоретические задачи, используя основные законы термодинамики и тепломассообмена.
Студент должен владеть: методами теоретического и экспериментального исследования в теплотехнике.
4. Распределение трудоемкости (час.) дисциплины по темам
и видам занятий
№ мо-ду- ля | № неде-ли | № те-мы | Наименование темы | Часы | ||||
Всего | Лек-ции | Лабо-ратор-ные | Прак-тичес-кие | СРС | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
1 | 1–4 | 1 | Роль, структура, значение курса. Определения термодинамики. Основные законы термодинамики. | 16 | 4 | – | 4 | 8 |
5–8 | 2 | Термодинамические свойства веществ. Термодинамические процессы. | 16 | 4 | – | 4 | 8 | |
9, 10 | 3 | Циклы основных теплоэнергетических установок: ПТУ, ГТУ. | 8 | 2 | – | 2 | 4 | |
2 | 11, 12 | 4 | Теория тепломассообмена. Основные законы теории тепломассообмена. | 8 | 2 | – | 2 | 4 |
13–16 | 5 | Теплопроводность. Конвективный теплообмен. Теплообмен излучением. Теплопередача. Основы теории подобия и моделирование тепловых процессов. | 16 | 4 | – | 4 | 8 | |
17, 18 | 6 | Теплообменные аппараты. Тепловой расчет. | 8 | 2 | – | 2 | 4 | |
Всего | 72 | 18 | – | 18 | 36 |
5. Содержание лекционного курса
№ темы | Всего часов | № лекции | Тема лекции. Вопросы, отрабатываемые на лекции |
1 | 2 | 3 | 4 |
1 | 4 | 1 | Роль, структура, значение курса. Основные понятия и определения технической термодинамики. Термодинамические параметры, процесс, цикл. Теплоемкость. Виды энергии. Энтальпия. Теплота и работа. |
2 | Первый и второй законы термодинамики. Сущность и основные формулировки. Объединенное уравнение первого и второго закона термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Энтропия. | ||
2 | 4 | 3 | Термодинамические свойства идеальных и реальных газов. Уравнения состояния. Смеси идеальных и реальных газов. Влажный воздух. Термодинамические свойства паров. Вода и водяной пар. |
4 | Основные термодинамические процессы: изохорный, изобарный, изотермический, адиабатный, политропный. Расчеты основных процессов с помощью таблиц термодинамических свойств веществ и диаграмм. | ||
3 | 2 | 5 | Циклы паротурбинных, газотурбинных установок. Показатели их эффективности. Способы повышения эффективности. Теплофикация. |
4 | 2 | 6 | Предмет тепломассообмена. Виды теплообмена: теплопроводность, конвекция, теплообмен излучением. Основные определения тепломассообмена. Количество теплоты, тепловой поток, плотность теплового потока. |
5 | 4 | 7 | Основные положения теории теплопроводности. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности. Теплоизоляционные материалы. Проводники теплоты. Основные положения конвективного теплообмена: закон Ньютона-Рахмана. Коэффициент теплоотдачи. Ламинарное и турбулентное течение жидкости и связь с теплообменом. Основные числа и критерии подобия. |
8 | Теплообмен излучением. Основные понятия и определения. Закон Стефана-Больцмана. Излучение газов и твердых поверхностей. Экранирование. Теплопередача. Коэффициент теплопередачи. Основное уравнение теплопередачи. Теплопередача через плоскую, цилиндрическую и шаровую стенку. Пути интенсификации теплопередачи. Теплопередача через оребренную поверхность. | ||
6 | 2 | 9 | Теплообменные аппараты, назначение, классификация. Основы теплового расчета теплообменных аппаратов: уравнение теплового баланса и основное уравнение теплопередачи. Средний температурный напор. Сравнение прямотока и противотока. Расчет температур теплоносителей. |
6. Перечень практических занятий
№ темы | Всего часов | № занятия | Тема практического занятия. Вопросы, отрабатываемые на практическом занятии |
1 | 2 | 3 | 4 |
1 | 4 | 1 | Основные параметры состояния. Теплоемкость. |
2 | Первый закон термодинамики. Второй закон термодинамики. | ||
2 | 4 | 3 | Свойства идеальных газов. Термодинамические процессы идеальных газов. Смеси идеальных газов. |
4 | Свойства реальных газов, паров и жидкостей. Водяной пар. Термодинамические процессы водяного пара и воды. | ||
3 | 2 | 5 | Расчет характеристик ПТУ и ГТУ |
4 | 2 | 6 | Основные законы теории тепломассообмена. Теплопроводность. |
5 | 4 | 7 | Основные закономерности конвективного теплообмена. |
8 | Теплообмен излучением. Коэффициент теплопередачи. Основное уравнение теплопередачи. | ||
6 | 2 | 9 | Основы теплового расчета теплообменных аппаратов. |
7. Перечень лабораторных работ
Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены.
8. Задания для самостоятельной работы студентов
№ темы | Всего Часов | Вопросы для самостоятельного изучения (задания) | Литература |
1 | 2 | 3 | 4 |
1 | 8 | Определение количества теплоты с использованием понятия теплоемкость. Факторы, влияющие на теплоемкость. | 1. Кириллин термодинамика: учебник для вузов / , , . – М.: Издательский дом МЭИ, 2008. 2. Теплотехника: Учебник для втузов/ Под общ. ред. , . – М.: Изд-во МГТУ им. , 2004. |
2 | 20 | Расчеты термодинамических процессов идеальных и реальных веществ с использованием таблиц и диаграмм. | |
3 | 4 | Расчет термодинамической эффективности различных циклов ТЭУ. | |
4 | 4 | Определение коэффициента теплопроводности сыпучих материалов методом шара. | 1. Тепломассообмен: Учебное пособие для вузов / , . – М.: Издательский дом МЭИ, 2006. 2. Теплотехника: Учебник для втузов/ Под общ. ред. , . – М.: Изд-во МГТУ им. , 2004. |
5 | 8 | Определение коэффициента теплоотдачи для горизонтальной и вертикальной трубы при свободной конвекции. | |
6 | 10 | Типы теплообменных аппаратов и их назначение |
9. Расчетно-графическая работа
Расчетно–графическая работа учебным планом не предусмотрена.
10. Курсовая работа
Курсовая работа учебным планом не предусмотрена.
11. Курсовой проект
Курсовой проект учебным планом не предусмотрен.
12. Вопросы для зачета
1. Основные понятия и определения технической термодинамики.
2. Виды энергий тела. Энтальпия.
3. Теплоемкость. Виды теплоемкостей. Факторы влияющие на теплоемкость.
4. Первый закон технической термодинамики для неподвижного тела и сплошного потока. Работа, теплота. Рv и Тs – диаграммы.
5. Второй закон технической термодинамики. Энтропия. Обратимые и необратимые процессы.
6. Термодинамические функции и потенциалы. Характеристические функции.
7. Дифференциальные уравнения термодинамики.
8. Термодинамические свойства идеальных и реальных газов. Уравнения состояния.
9. Смеси идеальных и реальных газов.
10. Влажный воздух. Основные определения. Расчет процессов.
11. Термодинамические свойства паров. Фазовые переходы. Условия равновесия фаз.
12. Термодинамические процессы: изохорный, изобарный.
13. Термодинамические процессы: изотермический, адиабатный.
14. Политропный термодинамический процесс.
15. Циклы паротурбинных установок (ПТУ). Оценка эффективности ПТУ.
16. Теплофикационные циклы ПТУ. Теплофикация.
17. Газотурбинные установки (ГТУ). Оценка эффективности ГТУ.
18. Циклы двигатели внутреннего сгорания. Сравнение циклов ДВС.
19. Основные понятия и определения теории теплообмена. Способы переноса теплоты.
20. Теплопроводность. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности.
21. Теплопроводность плоской однослойной и многослойной стенок.
22. Теплопроводность однородной и многослойной цилиндрической стенки. Критический диаметр цилиндрической стенки.
23. Передача теплоты через шаровую стенку при граничных условиях 1 и 3 рода.
24. Интенсификация теплопередачи. Тепловая изоляция.
25. Теплоотдача. Закон Ньютона-Рихмана. Коэффициент теплоотдачи и факторы, влияющие на него.
26. Критерии (числа) подобия. Свободное и вынужденное движение. Ламинарный и турбулентный режим движения текущей среды.
27. Сущность подобия. Теоремы подобия. Условия гидродинамического и теплового подобия. Получение эмпирических критериальных уравнений.
28. Теплоотдача при естественной конвекции.
29. Теплоотдача при вынужденном движении.
30. Теплообмен излучением. Основные понятия и положения.
31. Степень черноты. Излучение газов и твердых поверхностей.
32. Основные законы: Планка; Релея-Джинса; Вина; Ламберта; Стефана-Больцмана; Кирхгофа.
33. Теплообмен излучением при наличии экранов.
34. Теплопередача. Основное уравнение теплопередачи. Коэффициент теплопередачи.
35. Классификация теплообменных аппаратов. Основные положения теплового расчета.
36. Схемы движения теплоносителей. Изменение температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена. Средний температурный напор.
37. Уравнения теплового баланса. Основы расчета теплообменного аппарата.
13. Вопросы для экзамена
Экзамен учебным планом не предусмотрен.
14. Тестовые задания по дисциплине
Тестовые задания учебным планом не предусмотрены.
15. Образовательные технологии
Чтение лекций по данной дисциплине проводится с использованием мультимедийного оборудования.
Студентам предоставляется возможность для самоподготовки и подготовки к зачету использовать электронный вариант конспекта лекций, подготовленный преподавателем в соответствие с планом лекций.
При работе используется диалоговая форма ведения лекций с постановкой и решением проблемных задач, обсуждением дискуссионных моментов и т. д.
При проведении практических занятий создаются условия для максимально самостоятельного выполнения заданий.
При проведении лабораторных занятий проводятся экспериментальное изучение свойств веществ и различных процессов с реальными веществами.
При организации вне аудиторной самостоятельной работы по данной дисциплине студентом осуществляется решение самостоятельных задач обычной сложности, направленных на закрепление знаний и умений.
16. Список основной и дополнительной литературы по дисциплине
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Кириллин термодинамика: учебник для вузов / , , . – М.: Издательский дом МЭИ, 2008.
2. Александров основы циклов теплоэнергетических установок. Учебное пособие для вузов/ – М.: Издательский дом МЭИ, 2006.
3. Тепломассообмен: Учебное пособие для вузов / , . – М.: Издательский дом МЭИ, 2006.
4. Теплотехника: Учебник для втузов/ Под общ. ред. , . – М.: Изд-во МГТУ им. , 2004.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
ПЕРИОДИЧЕСКИЕ ИЗДАНИЯ
5. , Григорьев теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. – М.: Издательский дом МЭИ, 2006.
6. Андрианова задач по технической термодинамике: учебное пособие для студентов вузов / , , . –М.: Издательский дом МЭИ, 2006.
7. Цветков по тепломассообмену: учебное пособие / , , . – М.: Издательский дом МЭИ, 2008.
8. и др. Теплотехника/Под ред. , - 2-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1991.
интернет-ресурсы
9. Интернет-приложение к справочнику , и «Теплофизические свойства рабочих веществ теплоэнергетики». - М.: Издательство МЭИ. 2009 – http://twt. mpei. *****.
17. Материально-техническое обеспечение дисциплины.
Программные и технические средства, используемые при чтении лекций:
– персональный компьютер;
– проектор;
– интерактивная доска (экран);
– Microsoft Power Point или Adobe Reader.
Программные и технические средства, используемые при выполнении лабораторных работ:
– персональные компьютеры для организации рабочих мест учащихся;
– программное обеспечение для выполнения лабораторных работ;
– Microsoft Office (Word, Excel).
Программные и технические средства, используемые при проведении практических занятий:
– Microsoft Office (Word, Excel);
– Adobe Reader.
Рабочую программу составил
к. т.н., доцент каф. ТЭ __________________//
18. Дополнения и изменения в рабочей программе
Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры
«____»_____________ 201___ года, протокол № _________
Зав. кафедрой __________________/_____________/
Внесенные изменения утверждены на заседании УМКН
«____»_____________ 201___ года, протокол № _________
Председатель УМКН _________________/______________/
