Учебные материалы для студентов заочной формы обучения по Теплотехника (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего  образования

«Забайкальский государственный университет»

(ФГБОУ ВО «ЗабГУ»)

Факультет горный

Кафедра  ПРМПИ

УЧЕБНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

для студентов заочной формы обучения

по Теплотехника

наименование дисциплины (модуля)

для направления подготовки (специальности) 21.05.04 «Горное дело»,

специализация "Подземная разработка рудных месторождений"

код и наименование направления подготовки (специальности)

Общая трудоемкость дисциплины (модуля)

Виды занятий	Распределение по семестрам в часах	Всего часов
7 семестр	---- семестр	---- семестр
1	2	3	4	5
Общая трудоемкость	252	252
Аудиторные занятия, в т. ч.:	22	22
лекционные (ЛК)	10	10
практические (семинарские) (ПЗ, СЗ)	12	12
лабораторные (ЛР)	-	-
Самостоятельная работа студентов (СРС)	194	194
Форма промежуточного контроля в семестре	Экзамен 36	36
Курсовая работа (курсовой проект) (КР, КП)

Краткое содержание курса

№ Темы, раздела	Наименование тем, разделов дисциплины
1	2
Основные законы термодинамики. Понятие термодинамической системы (ТС); гомогенные и гетерогенные ТС; термодинамические параметры системы; диаграмма состояния. Основные элементы внутренней энергии ТС. Удельная внутренняя энергия. Внешняя работа ТС. Первый закон термодинамики. Понятие термодинамических процессов. Равновесные и неравновесные, изобарный, изохорный, адиабатный процессы, обратимые и необратимые процессы. Работа цикла, диаграмма циклов, цикл Карно. Понятие энтальпии; удельная, мольная энтальпия, термодинамический КПД. Понятие энтропии и ее определение; возрастание энтропии в необратимых процессах. Второй закон термодинамики. Объединенный закон термодинамики.
Фазовые переходы в горных породах. Понятие фазового перехода вещества, теплота перехода, правило фаз Гиббса, фазовые переходы первого и второго вида. Основные уравнения термодинамики фазовых переходов. Понятие изобарно-изотермического потенциала, химический потенциал, уравнение Клайперона-Клаузиуса, фазовые переходы «жидкость-пар», «твердое тело – жидкость» «твердое тело – пар». Фазовые переходы в горных породах при неодинаковом давлении фаз. Уравнение Пойтинга.
Тепловые свойства веществ Понятие теплоемкости, удельная, объемная, изобарная теплоемкость Майера, тепловое расширение однородных и неоднородных твердых тел. Понятие теплопроводности и температуропроводности, изменение свойств горных пород в зависимости от температуры, тепловое расширение и остаточная  температурное деформация в горных породах. Изменение упругих, прочностных, электрических свойств горных пород в зависимости от температуры.
Тепломассоперенос Потоки жидких и газовых теплоносителей. Уравнение первого закона термодинамики для потока, основные уравнения процессов течения жидкости и газа, сопло Лаваля. Распространение тепла в твердых телах. Основной закон теплопроводности (Закон Фурье), тепловой поток, градиент температуры, плотность теплового потока, дифференциальныое уравнение теплопроводности, источника тепла, установившиеся и неустановившиеся тепловые режимы.
Теплообмен Типы теплоносителей и теплообмена: теплопроводность, теплоотдача, теплопередача, конвекция, лучистый теплообмен, теплообмен при массовых переходах. Методы определения термодинамических параметров теплоносителей. Калориметрический метод, метод медных датчиков и термопар для определения параметров низких и газовых теплоносителей.
Термодинамические процессы горного производства. Внутреннее строение Земли; тепловое поле Земли; геотермические условия России; способы и системы разработки геотермальных месторождений, способы создания геотермальных коллекторов и подземных тепловых котлов.
Требования к тепловому режиму в подземных выработках; уравнение теплового состояния человека; терморегуляция человека; термовлажностные параметры шахтного воздуха; факторы теплового режима шахт; теплообмен между рудничным воздухом и горными породами; окислительные процессы; тепловой баланс шахт и вентиляционных потоков; методы нормализации температурного режима рудничного воздуха.
Замораживание пород при строительстве подземных сооружений и шахт. Сущность способа замораживания и область его применения; тепловой расчет ледопородных ограждений; технологические основы замораживания горных пород.
Процессы сушки горной массы. Условия протекания процессов сушки; тепло и массообмен при сушке горной массы; поверхностное подсушивание кусков горной породы; техника и технология сушки горной массы.
Подземная выплавка серы. Свойства серы и серных руд; принцип и условия применения подземной выплавки серы; тепловой баланс и параметры процесса подземной выплавки серы; техника, технология и технико-экономические показатели подземной выплавки серы.
Подземная газификация твердого топлива. Свойства угля как сырья для подземной газификации; частичная и полная газификация угля; физико-химические основы подземной газификации угля.

Форма текущего контроля

Контрольная работа: 

К решению контрольной работы следует приступать только после изучения соответствующего раздела курса. Решать задачи, строго придерживаясь своего варианта. Номера вариантов задач в контрольной работе определяются по таблице вариантов в зависимости от последней цифры номера зачетной книжки студента-заочника.

При выполнении задания соблюдать следующие условия:

- выписывать условия задачи и исходные данные;

- решение задач сопровождать кратким пояснительным текстом, в котором указывать, какая величина определяется и по какой формуле, какие величины подставляются в формулу, и откуда они берутся;

- вычисления производить в единицах системы СИ;

- после решения задачи нужно дать краткий анализ полученных результатов и сделать выводы.

Задача 1. Определить работу разрушения при термическом дроблении негабаритного куска гранита объемом V путем его разогрева по поверхности пробуренного в нем шпура. При этом средняя температуры негабарита изменялась от температуры Т1 до Т2.  Средний коэффициент объемного теплового расширения гранита в указанном диапазоне температур щ0 приведен в табл.1. Предел прочности гранита на растяжение равен ур=15∙106 Па.

Таблица 1

Последняя цифра № зачетной книжки	Т1, К (˚С)	Т2, К (˚С)	V, м3	щ0, 1/к
0	289 (16 ˚С)	295 (22 ˚С)	1,8	1,9∙10-5
1	290 (17 ˚С)	296 (23 ˚С)	2,0	2,0∙10-5
2	291 (18 ˚С)	297 (24 ˚С)	2,0	2,0∙10-5
3	292 (19 ˚С)	298 (25 ˚С)	2,2	2,0∙10-5
4	293 (20 ˚С)	298 (25 ˚С)	2,4	1,9∙10-5
5	294 (21 ˚С)	300 (27 ˚С)	2,6	2,0∙10-5
6	295 (22 ˚С)	300 (27 ˚С)	2,5	2,0∙10-5
7	280 (7 ˚С)	287 (14 ˚С)	2,7	2,1∙10-5
8	283 (10 ˚С)	289 (16 ˚С)	2,8	2,1∙10-5
9	285 (12 ˚С)	292 (19 ˚С)	3,0	2,1∙10-5

Задача 2. Определить изменение внутренней энергии негабаритного куска гранита при его термическом разрушении. Условия соответствуют задаче №1. средняя объемная теплоемкость гранита Сv для соответствующего диапазона температур от Т1 до Т2 приведена в табл. 2.

Таблица 2

Последняя цифра № зачетной книжки	Т1, К (˚С)	Т2, К (˚С)	V, м3	Сv, Дж/(м3∙К)
0	289 (16 ˚С)	295 (22 ˚С)	1,8	1,5∙103
1	290 (17 ˚С)	296 (23 ˚С)	2,0	1,5∙103
2	291 (18 ˚С)	297 (24 ˚С)	2,0	1,5∙103
3	292 (19 ˚С)	298 (25 ˚С)	2,2	1,6∙103
4	293 (20 ˚С)	298 (25 ˚С)	2,4	1,6∙103
5	294 (21 ˚С)	300 (27 ˚С)	2,6	1,7∙103
6	295 (22 ˚С)	300 (27 ˚С)	2,5	1,7∙103
7	280 (7 ˚С)	287 (14 ˚С)	2,7	1,3∙103
8	283 (10 ˚С)	289 (16 ˚С)	2,8	1,4∙103
9	285 (12 ˚С)	292 (19 ˚С)	3,0	1,5∙103

Задача 3. В горной выработке высотой Н произошло обрушение из кровли куска породы массой m. Температура куска породы и окружающей среды Т. Определить изменение энтропии системы «кусок породы – почвы выработки». Исходные данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл.3