МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ВЛАДИВОСТОКСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА
ИНСТИТУТ ИНФОРМАТИКИ, ИННОВАЦИЙ И БИЗНЕС-СИСТЕМ
КАФЕДРА СЕРВИСА ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
Теплотехника
Рабочая программа учебной дисциплины
Основная образовательная программа
190500.62 «Эксплуатация транспортных средств»
Владивосток
Издательство ВГУЭС
2014
ББК **.**
Рабочая программа дисциплины «Теплотехника» составлена в соответствии с требованиями ООП для студентов направления подготовки 190500.62 «Эксплуатация транспортных средств».
Составители: , профессор кафедры СТС,
, ассистент кафедры СТС.
Утверждена на заседании кафедры Сервис транспортных средств от 01.01.2001 г., протокол №11, редакция от 01.01.2001г. протокол №8.
Рекомендована к изданию учебно-методической комиссией Института информатики, инноваций и бизнес – систем.
© Издательство Владивостокский
государственный университет
экономики и сервиса, 2013
1 Организационно-методические указания
1.1 Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины (модуля) «Теплотехника» являются формирование и конкретизация теоретических и практических знаний в области преобразования, передачи и использования теплоты в такой степени, чтобы они могли выбирать и эксплуатировать необходимое теплотехническое оборудование с максимальной эффективностью, экономя топливно-энергетические ресурсы, выявлять и использовать вторичные энергоресурсы, защищать окружающую среду.
1.2. Место учебной дисциплины в структуре ООП (связь с другими дисциплинами)
Дисциплина «Теплотехника» относится к профессиональному циклу дисциплин и имеет логическую и содержательно-методическую взаимосвязь с дисциплинами основной образовательной программы. Для освоения данной дисциплины необходимы знания и умения, приобретенные в результате изучения предшествующих дисциплин: «Теоретическая механика», «Физика», «Высшая математика» и др. Знания, приобретенные при освоении данной дисциплины, будут использованы при изучении специальных дисциплин: «Рабочие процессы, конструкция и основы расчета автомобильных двигателей» и др.
2 Структура и содержание дисциплины
2.1 Разделы дисциплины и виды занятий
А) для очной формы обучения
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72 часа.
№ п/п | Раздел Дисциплины | Семестр | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах) | |||
лк | пр | лб | ср | |||
1 | Введение. Предмет теплотехники. Основные понятия и определения. Основные параметры состояния. Уравнения состояния. Газовые смеси. | 6 | 2 | 2 | 2 | |
2 | Внутренняя энергия, теплота и работа. Первый закон термодинамики. Энтальпия. Теплоёмкость. | 6 | 2 | 2 | 2 | |
3 | Энтропия. Анализ термодинамических процессов. Второй закон термодинамики. Термодинамические циклы и оценка их эффективности. | 6 | 2 | 2 | 4 | |
4 | Циклы ДВС и газотурбинных двигателей. Термодинамический анализ работы компрессора. Многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением. | 6 | 2 | |||
5 | Термодинамические свойства реальных рабочих тел (водяной пар, влажный воздух). Циклы холодильных машин. | 6 | 2 | 1 | 4 | |
6 | Основные задачи теплообеспечения. Способы распространения теплоты; теплопроводность; механизм процесса, температурное поле, тепловой поток и его плотность; закон Фурье. Теплообмен излучением. | 6 | 2 | 2 | 4 | |
7 | Основной закон конвективного теплообмена. Основы теории подобия и моделирования. | 6 | 2 | 2 | 4 | |
8 | Теплопередача. Тепловая изоляция. Интенсификация процессов теплопередачи. Теплообменные аппараты. | 6 | 2 | 2 | 4 | |
9 | Топливо и основы горения. Теплогенерирующие устройства. Охрана окружающей среды. Основы энергосбережения. | 6 | 1 | 2 | 4 | |
Итого | х | 17 | 17 | 30 | ||
В т. ч. интерактивные формы обучения | 6 | 7 | ||||
Итоговый контроль | 6 | 8 | ||||
Всего | х | 17 | 17 | 38 |
Б) для заочной формы обучения (4 года)
Общая трудоёмкость дисциплины составляет 2 зачётные единицы, 72 часа.
№ п/п | Раздел Дисциплины | Курс | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах) | |||
лк | пр | лб | ср | |||
1 | Введение. Предмет теплотехники. Основные понятия и определения. Основные параметры состояния. Уравнения состояния. Газовые смеси. | 3 | 4 | |||
2 | Внутренняя энергия, теплота и работа. Первый закон термодинамики. Энтальпия. Теплоёмкость. | 3 | 1 | 6 | ||
3 | Энтропия. Анализ термодинамических процессов. Второй закон термодинамики. Термодинамические циклы и оценка их эффективности. | 3 | 1 | 6 | ||
4 | Циклы ДВС и газотурбинных двигателей. Термодинамический анализ работы компрессора. Многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением. | 3 | 1 | 6 | ||
5 | Термодинамические свойства реальных рабочих тел (водяной пар, влажный воздух). Циклы холодильных машин. | 3 | 1 | 6 | ||
6 | Основные задачи теплообеспечения. Способы распространения теплоты; теплопроводность; механизм процесса, температурное поле, тепловой поток и его плотность; закон Фурье. Теплообмен излучением. | 3 | 1 | 6 | ||
7 | Основной закон конвективного теплообмена. Основы теории подобия и моделирования. | 3 | 1 | 6 | ||
8 | Теплопередача. Тепловая изоляция. Интенсификация процессов теплопередачи. Теплообменные аппараты. | 3 | 1 | 1 | 6 | |
9 | Топливо и основы горения. Теплогенерирующие устройства. Охрана окружающей среды. Основы энергосбережения. | 3 | 4 | |||
Выполнение контрольной работы | 10 | |||||
Итого | 4 | 4 | 60 | |||
Итоговый контроль | 3 | 4 | ||||
Всего | 4 | 4 | 64 |
Контроль успеваемости осуществляется в соответствии с рейтинговой системой оценки знаний студентов. В течение семестра по итогам выполнения и защиты лабораторных работ, а также тестирования, проводимого на занятиях по мере изучения разделов дисциплины, проводятся промежуточные проверки успеваемости (предварительные аттестации ПА). При выставлении баллов во внимание принимается: количество правильно, самостоятельно защищенных лабораторных работ; результаты тестирования. Максимальная оценка промежуточной аттестации 40 баллов. Семестровая аттестация проводится в зачетную неделю и оценивается в 40 баллов. 20 баллов выносится на экзаменационное компьютерное тестирование.
Промежуточный контроль знаний осуществляется при проведении экзамена, который проводится в форме компьютерного тестирования (СИТО). Обязательным условием допуска студента к экзамену является выполнение и защита лабораторных работ.
2.2 Содержание лекционного курса
Раздел 1. Введение. Предмет теплотехники. Основные понятия и определения. Основные параметры состояния. Уравнения состояния. Газовые смеси.
Предмет технической термодинамики и используемые методы. Термодинамическая система. Основные параметры состояния. Равновесное и неравновесное состояние. Уравнения состояния (Клапейрона-Клаузиуса и Боголюбова – Майера). Термодинамический процесс. Смеси рабочих тел. Способы задания состава смеси. Вычисление параметров состояния смеси.
Раздел 2. Внутренняя энергия, теплота и работа. Первый закон термодинамики. Энтальпия. Теплоёмкость.
Внутренняя энергия. Теплота и работа как формы передачи энергии. Аналитическое выражение работы изменения объёма. Сущность первого закона термодинамики. Аналитическое выражение первого закона термодинамики для закрытых/открытых систем. «p-v» диаграмма. Энтальпия. Теплоёмкость. Средняя и истинная теплоемкости. Теплоёмкость смеси газов.
Раздел 3. Энтропия. Анализ термодинамических процессов. Второй закон термодинамики. Термодинамические циклы и оценка их эффективности.
Понятие энтропии. «T-s» диаграмма. Обратимые и необратимые термодинамические процессы. Общие методы исследования термодинамических процессов изменения состояния рабочих тел. Политропные процессы. Основные характеристики политропных процессов. Основные термодинамические процессы: изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный – частные случаи политропного процесса.
Сущность второго закона термодинамики. Прямые и обратные циклы. Термический коэффициент полезного действия и холодильный коэффициент. Циклы Карно и анализ их свойств.
Раздел 4. Циклы ДВС и газотурбинных двигателей. Термодинамический анализ работы компрессора. Многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением.
Методика термодинамического анализа циклов. Циклы с изохорным, изобарным подводом теплоты и со смешанным подводом теплоты. Изображение циклов в «p-v» и «T-s» диаграммах. Сравнительный анализ термодинамических циклов ДВС. Циклы газотурбинных двигателей. Классификация компрессоров и принцип действия. Изотермическое, адиабатное и политропное сжатия. Отличия в работе реального компрессора от идеального. Работа, затраченная на привод компрессора. Многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением.
Раздел 5. Термодинамические свойства реальных рабочих тел (водяной пар, влажный воздух). Циклы холодильных машин.
Свойства реальных газов. Водяной пар. Термодинамические таблицы воды и водяного пара, p-v, T-s, h-s диаграммы водяного пара. Влажный воздух. Определение понятия "влажный воздух". Основные величины, характеризующие состояние влажного воздуха. h-d – диаграмма влажного воздуха.
Классификация холодильных установок. Циклы паровых компрессорных холодильных установок. Тепловой насос.
Раздел 6. Основные задачи теплообеспечения. Способы распространения теплоты; теплопроводность; механизм процесса, температурное поле, тепловой поток и его плотность; закон Фурье. Теплообмен излучением.
Основные понятия и определения теории теплообмена. Теплопроводность. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности. Теплопроводность при стационарном режиме. Теплопроводность однослойной и многослойной плоской, цилиндрической и сферической стенок.
Тепловое излучение. Теплообмен излучением между телами, разделенными прозрачной средой. Защита от теплового излучения. Излучение газов.
Раздел 7. Основной закон конвективного теплообмена. Основы теории подобия и моделирования.
Уравнение Ньютона–Рихмана. Коэффициент теплоотдачи. Дифференциальные уравнения теплообмена. Основы теории подобия. Критериальные уравнения. Метод моделирования. Физический смысл основных критериев подобия.
Раздел 8. Теплопередача. Тепловая изоляция. Интенсификация процессов теплопередачи. Теплообменные аппараты.
Теплопередача через плоскую, цилиндрическую и оребренную стенки. Коэффициент теплопередачи. Методы интенсификации процесса теплопередачи. Тепловая изоляция. Назначение, классификация и схемы теплообменных аппаратов. Принцип расчета теплообменных аппаратов. Конструктивный и поверочный тепловые расчеты теплообменных аппаратов. Определение среднего температурного напора и среднего коэффициента теплопередачи.
Раздел 9. Топливо и основы горения. Теплогенерирующие устройства. Охрана окружающей среды. Основы энергосбережения.
Топливо и основы горения. Охрана окружающей среды. Основы энергосбережения.
2.3 Содержание практических занятий
для заочной формы обучения (4 года)
№ п/п | Тема практического занятия | Количество часов |
ПЗ | ||
1 | Круговые процессы. Расчет циклов тепловых двигателей | 1 |
2 | Термодинамические свойства реальных рабочих тел. Циклы холодильных машин. | 1 |
3 | Конвективный теплообмен. | 1 |
4 | Теплопередача при стационарном режиме и расчёт теплообменных аппаратов | 1 |
ИТОГО | 4 |
2.4 Содержание лабораторных работ
А) для очной формы обучения
№ п/п | Тема практического занятия | Количество часов |
ЛР | ||
1 | Исследование основных термодинамических процессов (изохорного/адиабатного/изотермического/ политропного процесса). | 2 |
2 | Определение теплоёмкости вещества методом регулярного теплового режима. | 2 |
3 | Определение теплоёмкости воды методом нагрева струи. | 2 |
4 | Изучение свойств влажного воздуха./ Исследование кривой насыщения водяного пара. | 2 |
5 | Определение коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов методом трубы./Определение тепловых потерь теплопроводов | 2 |
6 | Экспериментальное определение коэффициента теплоотдачи при вынужденном/свободном движении струи (методом, основанным на основном уравнении теплоотдачи/методом регулярного теплового режима) | 2 |
7 | Определение параметра теплопередачи воздушно-водяного теплообменника-радиатора | 2 |
8 | Определение тепловой эффективности теплообменного аппарата (прямоточного/противоточного) | 2 |
9 | Определение степени черноты тела | 1 |
ИТОГО | 17 |
2.5 Содержание самостоятельной работы
А) для очной формы обучения
№ п/п | Самостоятельная работа | Кол-во часов |
Содержание | ||
1 | Методы измерения основных параметров состояния. Основные положения молекулярно-кинетической теории газов. Газ Ван-дер-Ваальса. | 2 |
2 | Первый закон термодинамики для закрытых/открытых систем. Теплоёмкость. | 2 |
3 | Термодинамическая энтропия. Анализ термодинамических процессов. Круговые термодинамические процессы. Второе начало термодинамики. | 4 |
4 | Циклы ДВС (Отто, Дизеля, Тринклера). Сравнение циклов ДВС. Цикл ГТД (Брайтона). Отличия циклов идеального и реального компрессоров. Обоснование промежуточного охлаждения при получении сжатых газов высокого давления. | 4 |
5 | Кондиционирование влажного воздуха. Термодинамический анализ работы парокомпрессорной холодильной машины и теплового насоса. | 4 |
6 | Перенос теплоты теплопроводностью. Теплообмен излучением системы тел в прозрачной среде. Особенности излучения газов. Солнечное излучение. | 4 |
7 | Теплоотдача. Теоремы подобия. Основные критерии подобия, используемые для описания теплообмена. | 4 |
8 | Теплопередача. Тепловая изоляция. Способы интенсификации теплопередачи. Теплообменные аппараты. Конструкторский и поверочный расчеты теплообменных аппаратов. Основные уравнения | 4 |
9 | Основы энергосбережения. Энергетический паспорт предприятия. | 2 |
ИТОГО: | 30 | |
Промежуточные аттестации | 3 | |
Сдача зачёта | 5 | |
ВСЕГО: | 38 |
Б и В) для заочных форм обучения (5 лет и 3,4 года)
№ п/п | Самостоятельная работа | Кол-во часов |
Содержание | ||
1 | Введение. Предмет теплотехники. Основные понятия и определения. Основные параметры состояния. Уравнения состояния. Газовые смеси. | 4 |
2 | Внутренняя энергия, теплота и работа. Первый закон термодинамики. Энтальпия. Теплоёмкость. | 6 |
3 | Энтропия. Анализ термодинамических процессов. Второй закон термодинамики. Термодинамические циклы и оценка их эффективности. | 6 |
4 | Циклы ДВС и газотурбинных двигателей. Термодинамический анализ работы компрессора. Многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением. | 6 |
5 | Термодинамические свойства реальных рабочих тел (водяной пар, влажный воздух). Циклы холодильных машин. | 6 |
6 | Основные задачи теплообеспечения. Способы распространения теплоты; теплопроводность; механизм процесса, температурное поле, тепловой поток и его плотность; закон Фурье. Теплообмен излучением. | 6 |
7 | Основной закон конвективного теплообмена. Основы теории подобия и моделирования. | 6 |
8 | Теплопередача. Тепловая изоляция. Интенсификация процессов теплопередачи. Теплообменные аппараты. | 6 |
9 | Топливо и основы горения. Теплогенерирующие устройства. Охрана окружающей среды. Основы энергосбережения. | 4 |
ИТОГО: | 50 | |
Сдача зачёта | 4 | |
ВСЕГО: | 54 |
3 Образовательные технологии
В соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки 190600.62 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов» реализация компетентностного подхода предусматривает широкое использование в учебном процессе активных и интерактивных форм проведения занятий (не менее 20% от аудиторных занятий) с целью формирования и развития профессиональных навыков обучающихся. Согласно учебному плану в рамках дисциплины «Теплотехника» эти формы занимают 7 часов и реализуются в ходе выполнения лабораторных работ. Интерактивные формы обучения приведены в соответствии с СТО «Инновационные образовательные технологии. Формы, методы и средства обучения».
4 Оценочные средства для текущего контроля успеваемости
Темы лабораторных занятий, контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины, а также для контроля самостоятельной работы обучающегося по отдельным разделам дисциплины.
5 Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
5.1 Основная литература
1. Теплотехника: Учеб. для вузов / , , и др.; Под ред. . – 2-е изд., перераб. – М.: Высш. шк., 20с.
2. Кудинов термодинамика. Учеб. пособие для втузов / , . – 3-е изд., испр. – М.: Высш. шк., 20с.
5.2 Дополнительная литература
1. Техническая термодинамика: Учеб. для машиностроит. Спец. Вузов / , , и др.; Под ред. . – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 20с.
2. Нащекин термодинамика и теплопередача: Учеб. пособие для вузов.-3-е изд.–М.: Высшая школа, 20с.
3. , Михеева теплопередачи.– М.: Машиностроение, 20с.
4. Теплотехника: Учеб. для вузов / , , и др. – М.: Машиностроение, 20с.
5. , , Руднев по технической термодинамике. Уч. пос. Владивосток: Дальрыбвтуз, 20с.
6. Практикум по теплопередаче: учеб. пособие / , , . – Владивосток: Дальрыбвтуз, 2009. Ч.с.
7. Практикум по теплопередаче: учеб. пособие / , , . – Владивосток: Дальрыбвтуз, 2009. Ч.с.
6 Материально-техническое обеспечение дисциплины
Лабораторный практикум осуществляется в специализированной лаборатории теплотехники, оснащенной необходимыми оборудованием и приборами.
7. Словарь основных терминов
Теплопередача - физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала.
Теплопроводность - это перенос теплоты структурными частицами вещества (молекулами, атомами, электронами) в процессе их теплового движения.
Конвекция – это явление переноса теплоты в жидкостях или газах, путем перемешивания самого вещества (неважно, вынужденно или самопроизвольно).
Компрессор – устройство для сжатия и подачи газообразного хладагента под давлением в контуре теплового насоса.
Теплоизоляция -элементы отопительного и водонагревательного оборудования, предназначенные для уменьшения потери тепла, вырабатываемого оборудованием.
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Организационно-методические указания 3
1.1. Цели освоения учебной дисциплины 3
1.2. Место учебной дисциплины в структуре ООП 3
1.3. Компетенции обучающегося 3
2. Структура и содержание учебной дисциплины 3
2.1. Разделы дисциплины и виды занятий 3
2.2. Содержание лекционного курса 6
2.3. Содержание практических занятий 8
2.4. Содержание лабораторных работы 8
2.5. Содержание практических занятий 9
3. Образовательные технологии 9
4. Методические рекомендации по изучению курса 9
5. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины 9
5.1 Основная литература 10
5.2 Дополнительная литература 10
6. Материально-техническое обеспечение дисциплины 10
7. Словарь основных терминов 10
