Рабочая программа дисциплины специальные главы термодинамики и теплообмена Дисциплина Б1.В. ДВ.8.2 Специальные главы термодинамики и теплообмена Направление подготовки/специальность 15.03.02 Технологические машины и оборудование Направленность (профиль) 15.03.02.12 Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

САЯНО – ШУШЕНСКИЙ ФИЛИАЛ

УТВЕРЖДАЮ

Директор

_____________  //

«_____» _____________2016 г.

Саяно-Шушенский филиал СФУ

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

сПЕЦИАЛЬНЫЕ ГЛАВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ И ТЕПЛООБМЕНА

Дисциплина  Б1.В. ДВ.8.2 Специальные главы термодинамики и теплообмена

Направление подготовки/специальность  15.03.02 Технологические машины и оборудование

Направленность (профиль) 15.03.02.12  Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика

Саяногорск 2016

Рабочая программа дисциплины

составлена в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего образования по укрупненной группе

15.00.00  Машиностроение

Направления подготовки /специальность (профиль/специализация)

15.03.02 Технологические машины и оборудование

15.03.02.12 Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика

Программу составили доцент, к. т.н.   ______________

Заведующий кафедрой Гидротехнических сооружений и гидромашин (разработчик) ______________

«20» мая 2016 г.

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры (выпускающая) Гидротехнических сооружений и гидромашин

«20» мая  2016 г. протокол № 9

Заведующий кафедрой (выпускающей) ______________

1 Цели и задачи изучения дисциплины

Цель преподавания дисциплины.

Цель учебной дисциплины - формирование комплекса знаний в области получения, преобразования, передачи и использования теплоты, формирование умений и навыков термодинамического исследования рабочих процессов в теплообменных аппаратах, теплосиловых установках и других теплотехнических устройствах, применяемых в отрасли.

1.2 Задачи изучения дисциплины.

изучение основ преобразования энергии, законов термодинамики и теплопередачи, термодинамических процессов и циклов, свойств существенных для отрасли рабочих тел, способов теплообмена, принципа действия и устройства теплообменных аппаратов, теплоси­ловых установок и других теплотехнических устройств, применяемых в отрасли; формирование умения рассчитывать состояния рабочих тел, термодинамические про­цессы и циклы, теплообменные процессы, аппараты и другие основные технические устрой­ства отрасли; формирование навыков термодинамического расчета процессов и систем преобразова­ния энергии, применяемых в отрасли, проведения теплотехнических измерений и составле­ния отчетов, расчета тепловой защиты и организации систем охлаждения.

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать законы превращения энергии в различных термодинамических процессах, законы тепломассообмена; уметь рассчитывать состояния рабочих тел, термодинамические процессы и циклы, теплообменные процессы, аппараты и другие основные теплотехнические устройства
отрасли; пользоваться современными измерительными и технологическими инструментами; пользоваться справочной литературой по направлению своей профессиональной деятельности; пользоваться современной аппаратурой, стендами и научным оборудованием
для проведения испытаний и обработки результатов; владеть навыками выполнения термодинамических и тепломассообменных расчетов.

1.3 Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине  (модулю), соотнесённых с планируемыми результатами освоения образовательной программы.

Выпускник в соответствии с целями основной программы профессиональной деятельности, указанными в ФГОС ВО по направлению 15.03.02 «Технологические машины и оборудование», должен обладать следующими компетенциями:

общепрофессиональными компетенциями (ОПК):

способностью к приобретению с большой степенью самостоятельности новых знаний с использованием современных образовательных и информационных технологий (ОПК-1);

профессиональными компетенциями(ПК):

научно-исследовательская деятельность:

способностью к систематическому изучению научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта по соответствующему профилю подготовки (ПК-1);

умением моделировать технические объекты и технологические процессы с использованием стандартных пакетов и средств автоматизированного проектирования, готовностью проводить эксперименты по заданным методикам с обработкой и анализом результатов (ПК-2);

1.4 Место дисциплины (модуля) в структуре образовательной программы.

Перечень дисциплин, усвоение которых необходимо для изучения настоящего курса: физика, высшая математика, теоретическая механика, детали машин, механика жидкости и газа.

Наименование дисциплины	Раздел	Тема
1	2	3
Математика	Дифференциальное исчисление Интегральное исчисление
Теоретическая механика	Аналитическая механика	Действие сил в механических системах
Физика	Основные законы механики
Механика жидкости и газа	Гидродинамика	Свойства жидкости, уравнение Бернулли, режимы течения жидкостей и др.
Детали машин и основы конструирования	Расчет и проектирование деталей машин.

       1.5  Особенности реализации дисциплины.

       Дисциплина реализуется на русском языке.

Объём дисциплины (модуля)

Трудоёмкость дисциплины 3 зачётных  единицы (108 часов) определена в соответствии с числом зачётных единиц, установленным стандартом для цикла специальных дисциплин и назначением образовательной программы подготовки бакалавра.

Вид учебной работы	Всего, зачётных единиц (акад. часов)	Семестр
8
Общая трудоёмкость дисциплины	2.0 (72)	2.0 (72)
Контактная работа с преподавателем:	0.67 (24)	0.67 (24)
занятия лекционного типа	0.33 (12)	0.33 (12)
занятия семинарского типа	0.33 (12)	0.33 (12)
в том числе:  семинары
практические занятия	0.33 (12)	0.33 (12)
практикумы
лабораторные работы
другие виды контактной работы
в том числе:  курсовое проектирование
групповые консультации
индивидуальные консультации
Самостоятельная работа обучающихся:	1.33 (48)	1.33 (48)
изучение теоретического курса (ТО)	1.33 (48)	1.33 (48)
расчётно-графические задания, задачи (РГЗ)
реферат (Р)
курсовое проектирование (КР)
другие виды самостоятельной работы (подготовка к экзамену)
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)	Зачет	Зачет

Содержание дисциплины (модуля)
  Разделы дисциплины и виды занятий (тематический план занятий).

№ п/п	Модули, темы (разделы) дисциплины	Занятия лекционного типа (акад. час)	Занятия семинарского типа	Самостоятельная работа (акад. часов)	Формируемые компетенции
ПЗ (акад. часов)
1	2	3	4	5	6
2	Модуль 1. Техническая термодинамика	0.17 (6)	0.17 (6)	0.67 (24)	ОПК-1 ПК-1 ПК-2
3	Модуль 2. Тепломассообмен	0.17 (6)	0.17 (6)	0.67 (24)	ОПК-1 ПК-1 ПК-2
Всего:	0.33 (12)	0.33 (12)	1.33 (48)

3.2 Занятия  лекционного типа.

№ п/п	№ раздела дисциплины	Наименование занятий	Объём в акад. часах
всего	в том числе в инновационной форме
1	1	Основные понятия и определения термодинамики. Предмет технической термодинамики и ее методы. Термодинамическая система. Параметры состояния. Внутренняя энергия. Энтальпия. Энтропия. Равновесное и неравновесное состояние. Уравнение состояния. Уравнение состояния идеального газа. Теплота и работа как формы передачи энергии. Термодинамический процесс. Равновесные и неравновесные процессы. Обратимые и необратимые процессы. Круговые процессы (циклы).	1
2	1	Газовые смеси. Способы задания состава смеси, соотношения между массовыми, объемными и мольными долями. Понятие парциального давления и парциального объёма компонента в смеси. Закон Дальтона. Кажущаяся молярная масса и газовая постоянная смеси.	1
3	1	Теплоемкость. Массовая, объемная и молярная теплоемкости. Теплоемкость при постоянном объеме и постоянном давлении. Зависимость теплоемкости от температуры и давления. Средняя и истинная теплоемкости. Теплоемкость газовой смеси.	1
4	1	Первый закон термодинамики Сущность первого закона термодинамики. Формулировка и аналитическое выражение первого закона термодинамики для закрытых систем. Работа расширения. Определение теплоты, изменения внутренней энергии и энтальпии через термодинамические параметры состояния, p-х и T-s диаграммы. Уравнение первого закона термодинамики для потока. Выражение первого закона термодинамики для потока применительно к различным термодинамическим устройствам.	1
5	1	Термодинамические процессы идеальных газов в закрытых системах. Общие методы исследования процессов изменения состояния рабочих тел. Политропные процессы. Основные характеристики политропных процессов. Основные термодинамические процессы: изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный как частные случаи политропного процесса. Изображение этих процессов в р-х и T-s координатах. Ход политропного процесса в р-х и T-s координатах в зависимости от знака изменения внутренней энергии и теп - лоты.	1
6	1	Второй закон термодинамики. Эксергия Прямые и обратные круговые процессы (циклы). Термодинамические циклы тепловых и холодильных машин. Сущность и формулировки второго закона термодинамики применительно к тепловым и холодильным машинам. Термический к. п.д. и холодильный коэффициент. Циклы Карно и анализ их свойств. Аналитическое выражение второго закона термодинамики. Изменение энтропии в необратимых процессах. Изменение энтропии в изолированной термодинамической системе. Эксергия.	1
7	2	Основные понятия и определения теории теплообмена. Предмет и задачи теории теплообмена. Значение теплообмена в промышленных процессах. Основные понятия и определения. Виды переноса теплоты: теплопроводность, конвекция и излучение. Сложный теплообмен.
8	2	Теплопроводность. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности. Механизмы передачи теплоты и коэффициент теплопроводности в металлах, диэлектриках, полупроводниках, жидкостях и газах. Теплопроводность при стационарном режиме. Теплопроводность однослойной и многослойной плоской и цилиндрической стенок. Нестационарный процесс теплопроводности. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Условия однозначности. Методы решения задач нестационарной теплопроводности: метод разделения переменных Фурье, метод преобразования Лапласа, метод конечных разностей. Регулярный режим теплопроводности.	1
9	2	Конвективный теплообмен. Основные понятия и определения. Теплоотдача. Уравнение теплоотдачи Ньютона. Коэффициент теплоотдачи. Режимы движения жидкости, динамический и тепловой пограничные слои. Дифференциальное уравнение теплоотдачи. Дифференциальное уравнение конвективного теплообмена. Основные положения теории подобия и её применение для описания теплоотдачи. Теоремы подобия. Критериальные уравнения. Определяемый и определяющие критерии подобия. Метод приведения для получения критериев подобия. Физический смысл основных критериев подобия.  Общий вид критериального уравнения для определения коэффициента теплоотдачи при конвективном теплообмене. Теплоотдача при вынужденном движении жидкости. Теплообмен при движении жидкости вдоль плоской поверхности; теплоотдача при ламинарном и турбулентном пограничном слое; критериальные уравнения. Конвективный теплообмен в каналах. Теплоотдача при естественной конвекции. Критериальные уравнения. Теплообмен при изменении агрегатного состояния. Теплообмен при кипении; механизм процесса при пузырьковом и пленочном режимах кипения. Кризисы кипения. Теплоотдача при пузырьковом и пленочном кипении жидкости в большом объеме. Расчетные уравнения для определения коэффициента теплоотдачи. Теплообмен при конденсации. Пленочная и капельная конденсации. Теплоотдача при конденсации паров. Уравнения для расчета коэффициента теплоотдачи для вертикальных и горизонтальных поверхностей. Факторы, влияющие на теплообмен при конденсации паров.	1
10	2	Теплообмен излучением. Общие понятия и определения. Законы теплового излучения. Теплообмен излучением между телами, разделенными прозрачной средой; коэффициент облученности; теплообмен между телами, произвольно расположенными в пространстве. Защита от излучения. Излучение газов. Теплообмен излучением в топках и камерах сгорания.	1
11	2	Теплопередача. Теплопередача через плоскую и цилиндрическую стенки. Коэффициент теплопередачи. Критический диаметр теплоизоляции цилиндрической стенки. Тепловая изоляция. Выбор материала тепловой изоляции. Теплопередача в узлах трения. Теплообразование в системах, узлах и механизмах машин. Источники теплообразования, интенсивность теплообразования в зубчатых колесах, в винтовых парах, подшипниках, муфтах, электромашинах. Тепловые расчеты систем смазки. Расчет систем охлаждения, определение основных размеров теплообменников и потребного количества охлаждающей жидкости.	1
12	2	Теплообменные аппараты и основы их расчета. Назначение, классификация и схемы теплообменных аппаратов. Средняя разность температур в рекуперативном теплообменнике. Тепловой расчёт рекуперативного теплообменника. Способы интенсификации теплообмена в теплообменном аппарате. Современные конструкции трубчатых и пластинчатых теплообменных аппаратов.	1
Всего:	24

3.3 Занятия семинарского типа.

       Практические занятия проводятся с целью закрепления и углубления знаний, полученных студентами при изучении лекционного курса, способствуют приобретению навыков практических расчётов, умению пользоваться справочной литературой и т. д.

№ п/п	№ раздела дисциплины	Наименование занятий	Объём в акад. часах
всего	в том числе в инновационной форме
1	1	Определение удельной теплоты парообразования воды	1,5
2	1	i(h)s - диаграмма водяного пара	1,5
3	1	Влажный воздух, h(i)d - диаграмма Влажного воздуха	1,5
4	1	Исследование процессов во влажном воздухе	1,5
5	2	Исследование теплопроводности сыпучих материалов методом трубы	1,5
6	2	Конвективный теплообмен (теплоотдача) горизонтальной трубы при свободном движении воздуха	1,5
7	2	Определение коэффициента излучения твердого тела	1,5
8	2	Теплопередача в теплообменном аппарате	1,5
Всего:	12

Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы обучающихся по дисциплине (модулю)

•        курс лекций;

•        учебно-методическое обеспечение практических работ;

•        расчетные задания;

•        перечень вопросов, выносимых на зачет.

Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации

К контрольно–измерительным материалам относятся вопросы к зачету.

Изохорный процесс. Уравнение процесса. Изображение процесса в р-х и T-s диаграммах. Уравнение энергетического баланса. Графоаналитический анализ процесса. Изобарный процесс. Уравнение процесса. Изображение процесса в Р р-х и T-s диаграммах. Уравнение энергетического баланса. Графоаналитический анализ процесса. Изотермический процесс. Уравнение процесса. Изображение процесса в р-х и T-s диаграммах. Уравнение энергетического баланса. Графоаналитический анализ процесса. Адиабатный процесс. Уравнение процесса. Изображение процесса в р-х и T-s диаграммах. Уравнение энергетического баланса. Графоаналитический анализ процесса. Прямой цикл Карно. Изображение цикла в р-х и T-s диаграммах. Графоаналитический анализ цикла. Термический КПД и его анализ. Теплоемкость. Удельная теплоемкость. Взаимосвязь различных видов теплоемкостей. Идеальный цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном объеме. Характерные параметры цикла, уравнение термического КПД и его анализ. Изображение цикла в р-х и T - s диаграммах. Графоаналитический анализ цикла. Идеальный цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном давлении. Характерные параметры цикла, уравнение термического КПД и его анализ. Изображение цикла в р-х и T-s диаграммах. Графоаналитический анализ цикла. Идеальный цикл ДВС со смешанным подводом теплоты. Характерные параметры цикла, уравнение термического КПД и его анализ. Изображение цикла в р-х и T-s диаграммах. Графоаналитический анализ цикла. Истечение газов и паров. Дросселирование. Идеальный цикл ГТУ с подводом теплоты при постоянном объеме. Характерные параметры цикла, уравнение термического КПД и его анализ. Изображение цикла в р-х и T-s диаграммах. Графоаналитический анализ цикла. Идеальный цикл ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении. Характерные параметры цикла, уравнение термического КПД и его анализ. Изображение цикла в р-х и T-s диаграммах. Графоаналитический анализ цикла. Водяной пар. Ts и Нs – диаграммы водяного пара. Принципиальная схема паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина. Изображение цикла Ренкина для паросиловой установки в T-s диаграмме. Графоаналитический анализ цикла. Термический КПД и его анализ. Влажный воздух. Hd – даграмма влажного воздуха. Идеальный цикл одноступенчатого компрессора. Изображение цикла в р-х диаграмме. Графоаналитический анализ цикла. Работа, затрачиваемая на получение 1 кг сжатого газа. Идеальный цикл многоступенчатого компрессора. Изображение цикла в р-х диаграмме. Графоаналитический анализ цикла. Работа, затрачиваемая на получение 1 кг сжатого газа. Идеальный цикл воздушной холодильной машины. Изображение цикла в р-х и T-s диаграммах. Графоаналитический анализ цикла. Холодильный коэффициент и его анализ. Идеальный цикл компрессорной паровой холодильной машины. Изображение цикла в р-х и T-s диаграммах. Графоаналитический анализ цикла. Холодильный коэффициент и его анализ. Эксергия. Эксергетический метод анализа циклов. Три элементарных вида теплообмена, их характеристики. Теплопроводность. Дать характеристику этого вида теплообмена. Коэффициент теплопроводности, его физическая сущность. Основной закон теплопроводности. Величины, влияющие на процесс теплопроводности. Что является носителем энергии? Конвекция. Виды конвекции и их влияние на процесс теплообмена. Режимы движения теплоносителей, их описание, характеристика, их влияние на процесс теплообмена. Тепловое излучение, описание процесса, физическая сущность теплового излучения, причины, влияющие на процесс. Что является носителем тепловой энергии? Основные законы лучистого теплообмена. Лучистый теплообмен между телами и методы изменения его интенсивности. Конвективный теплообмен. Дать физическое описание данного вида теплообмена.
Математическое описание процесса. Коэффициент теплоотдачи. Физическая сущность, размерность. Описать пути интенсификации процесса теплоотдачи, дать математическое подтверждение. Теория подобия. Критерии подобия. Теплопередача, характеристика процесса, величины, влияющие на процесс. Математическое описание теплопередачи, его анализ. Коэффициент теплопередачи, его анализ, величины влияющие на него. Пути интенсификации процесса теплопередачи, дать математическое подтверждение. Тепловая изоляция. Дать классификацию теплообменных аппаратов и их назначение. Средний логарифмический температурный напор, почему вводится такое понятие?

6 Перечень основной и дополнительной литературы, необходимой для освоение дисциплины (модуля)

Основная литература: Теплотехника / Под ред. чл.-корр. РАН, д-ра техн. наук, проф. . - Изд. 5-е, стереотипное. - М.: Высшая школа, 2010. - 671 с. Игонин по теплотехнике.- Ульяновск, 2010.-70с. Игонин : учебное пособие по изучению дисциплины и выполнению контрольной работы студентам-заочникам / . - Ульяновск: УГСХА, 2010. - 90 с.
Дополнительная литература: Теплоэнергетические установки и системы сельского хозяйства / , , и др.; Под ред. д-ра техн. наук . - М.: Колос Пресс, 2002. - 424 с. Сборник задач по технической термодинамике / и др. - М.: Изд-во МЭИ, 2000. - 240 с. , Михеева теплопередачи. - Изд. 3-е, репринтное. - М.: Изд-во «Бастет», 2010. - 342 с. , Бажан , теплопередача и теплообменные аппараты. – М.: Транспорт, 1988.-287 с.
Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», необходимых для освоения дисциплины (модуля)

Содержание дисциплины представлено в локальной сети образовательного учреждения. Возможность индивидуального доступа для каждого обучающегося обеспечивается Электронно-библиотечной системой.

Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины (модуля)

Общая трудоемкость дисциплины «Специальные главы термодинамики и теплообмена» составляет 72 академических часа, из которых 24 часа отводится на контактную работу с преподавателем, 48 часов на самостоятельную работу.

Дисциплина осваивается в 8 семестре.

В процессе изучения теоретического курса дисциплины используется основная и дополнительная литература (п. 6).

Контроль усвоения материала выполняется с использованием оценочных средств для проведения промежуточной аттестации (п. 5).

Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении образовательного процесса по дисциплине (модулю)
Перечень необходимого программного обеспечения Интернет браузер. Microsoft Office. MathCAD. Matlab.
Перечень необходимых информационных справочных систем

При освоении дисциплины, в качестве дополнительной литературы, используются официальные, справочно-библиографические и специализированные периодические издания.

Для обучающихся, с помощью электронно-библиотечной системы, обеспечен доступ к современным профессиональным базам данных, информационным справочным и поисковым системам.

Материально-техническая база, необходимой для осуществления образовательного процесса по дисциплине (модулю)

Помещения для проведения лекционных занятий укомплектованы специализированной учебной мебелью и техническими средствами обучения, служащими для представления учебной информации большой аудитории: настенные экраны с дистанционным управлением, маркерные доски, считывающие устройства для передачи информации в компьютер, мультимедийные проекторы и другие информационно-демонстрационными средства.

Для проведения лекционных занятий используются наборы демонстрационного оборудования и учебно-наглядных пособий.

Для создания мультимедийных средств по дисциплине оборудована специальная студия.

Помещения для самостоятельной работы студентов оснащены компьютерной техникой подключенной к локальным сетям и интернету.

Точки доступа к информационным базам данных и мультимедийным средствам обучения организованы на базе библиотек.

Вычислительная техника обеспечена необходимым комплектом лицензионного программного обеспечения.