Лекция 1. Введение. Техническая термодинамика как теоретическая основа теплотехники.
Тип – Информационная лекция с элементами визуализации и проблемной лекции.
Структура – Предмет и метод термодинамики. Энергия и энергетические преобразования. Характеристика дисциплины, ее место в системе подготовки бакалавра электроэненргетика. Значение элктроэнергетики в народном хозяйстве и ее роль в решении задач развития общества. Основные направления развития электроэнергетики.
Лекция 2. Термодинамическая система. Термические параметры состояния. Понятие термодинамического процесса.
Тип – Лекция, мастер-класс (Лк, МК).
Структура – Термодинамическая система. Рабочее тело и внешняя среда. Термодинамические параметры состояния. Удельный объем. Давление абсолютное, избыточное, вакуум, единицы измерения давления. Температура и ее измерение. Состояния равновесные и неравновесные. Термодинамический процесс. Процессы обратимые и необратимые.
Лекция 3. Первый закон термодинамики для закрытой системы.
Тип – Лекция, мастер-класс (Лк, МК).
Структура – Работа изменения объема, рабочая диаграмма P,v. Теплота, как мера энергетического взаимодействия. Внутренняя энергия, как параметр состояния. Энтропия и энтальпия. Первый закон термодинамики, как частный случай выражения закона сохранения энергии. Аналитические выражения первого закона термодинамики для тела при протекании обратимых и необратимых процессов. Дифференциальные выражения теплоты.
Лекция 4. Газы и газовые смеси. Идеальный газ. Теплоемкости газов.
Тип – Лекция, мастер-класс (Лк, МК).
Структура – 4.1. Идеальный газ как модель реального газа. Газовая постоянная. Понятие о нормальных физических условиях. Законы идеальных газов. Внутренняя энергия идеального газа.
4.2. Теплоемкости идеальных и реальных газов. Средняя и истинная теплоемкости газов. Зависимость теплоемкостей газов от температуры и давления. Понятие о квантовой теории теплоемкости.
4.3. Газовые смеси. Закон Дальтона. Задание состава смеси массовыми и объемными долями. Кажущаяся молярная масса и газовая постоянная смеси идеальных газов. Теплоемкости газовой смеси.
4.4. Энтальпия и энтропия идеальных газов. Диаграммы энтропия-температура T,s и энтропия-энтальпия h,s для идеальных газов.
Лекция 5. Термодинамические газовые процессы.
Тип – Лекция, мастер-класс (Лк, МК).
Структура – 5.1.Определение закономерности термодинамически обратимого процесса изменения состояния газа. Политропные процессы идеальных газов и их анализ. Частные случаи политропных процессов: изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный процессы.
5.2. Изображение политропного процесса в термодинамических диаграммах и графическое представление энергетических величин в диаграммах Р, v и T, s.
Лекция 6. Реальные газы и пары. Термодинамические свойства водяного пара. Процессы воды и водяного пара.
Тип – Лекция, мастер-класс (Лк, МК).
Структура – 6.1. Термические свойства реальных газов и жидкостей. Исследования Эндрюса и его диаграмма Р, v для изотерм реальных веществ. Критические параметры реальных веществ. Уравнения состояния реальных веществ.
6.2. Фазовые состояния и превращения воды. Фазовые диаграммы Р,t и Р, v. Методика определения энергетических параметров воды. Жидкость на линии фазового перехода и ее параметры. Сухой насыщенный пар. Влажный насыщенный пар. Перегретый пар.
6.3. Таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара. Диаграмма T, s водяного пара. Диаграмма h,s водяного пара. Процессы изменения состояния водяного пара.
Лекция 7. Первый закон термодинамики для потока.
Тип – Лекция, мастер-класс (Лк, МК).
Структура – Основные характеристики и допущения, принятые в термодинамике при изучении потока. Уравнение неразрывности или сплошности. Закон сохранения энергии для потока. Аналитическое выражение первого закона термодинамики для потока.
Лекция 8. Циклы паротурбинных установок.
Тип – Лекция, мастер-класс (Лк, МК).
Структура – Принципиальная схема и цикл паротурбинной установки (ПТУ) на насыщенном водяном паре (цикл Карно). Практическая целесообразность использования цикла ПТУ на перегретом водяном паре и сжатии рабочего тела в жидкой фазе (цикл Ренкина). Идеальный цикл паротурбинной установки и ее КПД. Цикл паротурбинной установки при необратимом адиабатном расширении пара и его тепловая экономичность.
Лекция 9. Циклы газотурбинных установок (ГТУ).
Тип – Лекция, мастер-класс (Лк, МК).
Структура –
Принципиальная схема и цикл ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении. ГТУ с замкнутым и разомкнутым процессами. КПД идеальной ГТУ. Влияние необратимости процессов на КПД установки. Оптимальная степень повышения давления. Методы повышения тепловой экономичности ГТУ.
Лекция 10. Второй закон термодинамики.
Тип – Лекция, мастер-класс (Лк, МК).
Структура – Замкнутые процессы (циклы). Цикл Карно идеального газа. Термический КПД цикла. Обратный цикл Карно. Обобщенный (регенеративный) цикл Карно. Формулировки второго закона термодинамики.
Энтропия изолированной системы и ее изменение при протекании в ней обратимых и необратимых процессов. Значение принципа возрастания энтропии в инженерной практике.
Практические занятия - 16 часов.
Занятие 1. Термические параметры состояния.
Форма проведения занятия – решение конкретных задач на основании теоретических и фактических знаний
Занятие 2. Уравнение состояния идеальных газов. Смеси идеальных газов. Теплоемкости газов и газовых смесей.
Форма проведения занятия – решение конкретных задач на основании теоретических и фактических знаний
Занятие 3. Процессы изменения состояния идеальных газов
Форма проведения занятия – решение конкретных задач на основании теоретических и фактических знаний
Занятие 4. Таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара и h,s- диаграмма. Процессы водяного пара.
Форма проведения занятия – решение конкретных задач на основании теоретических и фактических знаний
Занятие 5. Циклы паротурбинных установок
Форма проведения занятия – решение конкретных задач на основании теоретических и фактических знаний
Занятие 6. Циклы газотурбинных установок
Форма проведения занятия – решение конкретных задач на основании теоретических и фактических знаний
Лабораторные работы - 8 часов, 2 работы.
Работа 1. Определение средней массовой изобарной теплоемкости воздуха
Форма выполнения - в группах по 3 человека, работа на реальном оборудовании, цель работы – экспериментальное определение средней массовой изобарной теплоемкости воздуха, используемое оборудование – физический стенд.
Работа 2. Определение зависимости между давлением и температурой насыщенного водяного пара при давлении выше атмосферного. Анализ ТД свойств Н2О.
Форма выполнения - индивидуальная, виртуальная работа на ЭВМ, цель работы – определение на имитационном эксперименте зависимости между давлением и температурой насыщенного водяного пара при давлении выше атмосферного, анализ ТД свойств воды при изохорном ее нагреве, используемое оборудование – ЭВМ и программное обеспечение.
Управление самостоятельной работой студента – 33 часов.
Реализуемые формы управления самостоятельной работой студента:
еженедельные консультации по теоретическому курсу и задачам, задаваемым для самостоятельного решения;
консультации по выполнению РГР;
консультации через электронную почту и средства интернет.
Расчетно-графическая работа (РГР)
Трудоемкость выполнения работы – 10 час.
Задачи, решаемые студентом при выполнении работы:
определение термодинамических свойств газов, газовых смесей, воды и водяного пара;
расчет термодинамических процессов газов, воды и водяного пара.
Примерный перечень тем РГР:
Термодинамический расчет и анализ процессов газов и газовых смесей;
Термодинамический расчет и анализ процессов воды и водяного пара;
Пример задания на РГР «Термодинамический расчет и анализ процессов газов и газовых смесей»:
Провести расчет двух последовательно протекающих процессов изменения состояния смеси идеальных газов и изобразить эти процессы в Р, v– и T, s– диаграммах.
Исходные данные:
· Состав смеси (химические формулы трех компонентов смеси идеальных газов).
· Массовая или объемная доля одного из компонентов смеси.
· Одна из характеристик смеси газов: молекулярная масса смеси, газовая постоянная смеси, изохорная или изобарная теплоемкости смеси.
· Некоторые термические параметры в начальном и конечном состоянии каждого из указанных процессов или одна из характеристик процесса (показатель политропы, теплота процесса, работа изменения объема, изменение внутренней энергии, энтальпии).
Варианты задания приведены в табл. 1.1 и 1.2.
Таблица 1.1
№ | Состав смеси | Доля одного из компонентов | Одна из характеристик смеси |
0 | СН4, СО2, N2 |
| mсм = 30 кг/кмоль |
1 | NН3, SО2, СО |
| Rсм = 280 Дж/(кгЧК) |
2 | СО2, О2, С2Н2 |
| mср см = 31,5 кДж/(кмольЧК) |
3 | СН4, О2, СO |
| ср см = 1,5 кДж/(кгЧК) |
Таблица 1.2
№ | Р1, МПа | t1, оС | Процесс 1–2 | Р2, МПа | v2, м3/кг | t2, оС | Процесс 2–3 | Р3, МПа | v3, м3/кг | q2-3, кДж/кг | l2-3, кДж/кг |
1 | 0,5 | 700 | dq = 0 | 0,2 | Р = const | – 400 | |||||
2 | 0,8 | 400 | политр. | 0,2 | 3 v1 | Т = const | 0,5 | ||||
3 | 1,5 | 100 | Т = const | 3 v1 | v = const | Р3=Р1 |
Объем задания:
1. Определить для газовой смеси: массовые и объемные доли смеси, молекулярную массу смеси, газовую постоянную смеси, массовую изохорную и изобарную теплоемкости смеси, мольную изохорную и изобарную теплоемкости смеси, коэффициент Пуассона смеси.
2. Провести расчет двух последовательных процессов для этой смеси идеальных газов. Для каждого процесса определить:
а) начальные и конечные параметры Р, v, t;
б) количество теплоты, работу изменения объема, изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии для процессов: 1-2, 2-3 и для всего процесса 1-2-3. Эти расчеты выполняются для 1 кг смеси газов.
3. Изобразить процессы 1-2 и 2-3 (последовательно) в диаграммах Р, v и Т, s по точкам с соблюдением масштаба.
4. Провести качественный и количественный термодинамический анализ, рассчитанных процессов.
Раздел 2. ТМО
Теоретические занятия (лекции) – 14 часов.
Лекция 1. Введение. Предмет тепломассообмена. Основные понятия.
Тип – Лекция, мастер-класс (Лк, МК).
Структура – Основные понятия теплообмена. Теплообмен, теплота, теплопоток, поверхностная и линейная плотности теплопотока, температурное поле, изотермическая поверхность. Градиент температурного поля. Виды теплообмена: теплопроводность (закон Фурье), конвекция теплоты, тепловое излучение (закон Стефана-Больцмана), конвективный теплообмен, теплоотдача (закон Ньютона), теплопередача.
Лекция 2. Теплопроводность. Закон Фурье.
Тип – Лекция, мастер-класс (Лк, МК).
Структура – Дифференциальное уравнение теплопроводности. Аналитическое решение дифференциального уравнения теплопроводности при граничных условиях 3-го рода. Графическая интерпретация данного решения.
Лекция 3. Стационарный режим теплопроводности.
Тип – Лекция, мастер-класс (Лк, МК).
Структура – Стационарный режим теплопроводности и теплопередачи через плоскую и цилиндрическую стенки. Интенсификация процессов теплопередачи.
Лекция 4. Конвективный теплообмен.
Тип – Лекция, мастер-класс (Лк, МК).
Структура – Проблемы определения коэффициента теплоотдачи. Система дифференциальных уравнений неизотермического движения: уравнения теплоотдачи, энергии, движения и неразрывности. Основы теории подобия. Числа подобия и критерии подобия.
Лекция 5. Теплоотдача при свободном и вынужденном движении жидкости.
Тип – Лекция, мастер-класс (Лк, МК).
Структура –Эмпирические критериальные формулы для коэффициента теплоотдачи. Расчет теплоотдачи при свободном и вынужденном движении жидкости.
Лекция 6. Теплообмен при фазовых превращениях.
Тип – Лекция, мастер-класс (Лк, МК).
Структура – Теплообмен при конденсации и кипении. Основные расчетные зависимости для теплоотдачи при фазовых превращениях.
Лекция 7. Теплообмен излучением.
Тип – Лекция, мастер-класс (Лк, МК).
Структура – Основные понятия и определения лучистого теплообмена. Основные законы излучения АЧТ. Угловые коэффициенты излучения.
Лекция 8. Теплообмен излучением в замкнутой системе.
Тип – Лекция, мастер-класс (Лк, МК).
Структура – Теплообмен излучением в замкнутой системе, состоящей из двух серых тел, разделенных лучепрозрачной средой. Лучистый теплообмен при наличии экранов. Излучение газов. Коэффициент теплоотдачи излучением.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 |
