СМОЛЕНСКИЙ ГУМАНИТАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУ ЛЬТЕТМЕЖДУНАРОДНОГО ТУРИЗМА И ИНОСТР АННЫХ ЯЗЫКОВ

КАФЕДР АТЕХНОЛОГИЯ ПРОДУКТОВ ОБЩЕСТВЕННОГО ПИТАНИЯ

ЛАБУСТКО ЮРИЙ НИКОЛАЕВИЧ

Учебно-методическое пособие

по дисциплине: «Теплотехника»

для студентов, обучающихся по специальности

260501 «Технология продуктов общественного питания»

(заочная форма обучения) Смоленск – 2008

ТРЕБОВАНИЯ ГОСУ ДАРСТВЕННОГО ОБР АЗОВАТЕЛЬНОГОСТАНДАРТА

Теплотехника:

основные понятия и определения термодинамики; первый и второй законы термодинамики;

термодинамические процессы рабочих тел; термодинамические циклы; газовые смеси; влажный воздух; теплопередача; теплопроводность; конвективный теплообмен; теплообмен излучения; сложный теплообмен, теплообменные аппараты и их расчеты, применение теплоты в отрасли.

ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЙ Р АЗДЕЛ

Цель курса «ТЕПЛОТЕХНИЕА» - изучить основные принципы получения, преобразования и использования тепла.

Основные задачи курса можно сформулировать следующим образом:

•Теплотехническая подготовка инженеров с целью грамотного проектирования и сервиса теплового оборудования и приборов В процессе изучения данной дисциплины студенты должны получить следующие знания:

•содержание и основные следствия фундаментальных физических законов в молекулярно - кинетической теории, термодинамике, тепломассообмене.

Требования к уровню освоения содержания дисциплины В результате изучения данной дисциплины студенты должны приобрести следующие умения:

•применять знание фундаментальных законов теплотехники для обоснования работы тепловых двигателей;

•применять знание фундаментальных законов теплотехники для анализа взаимного превращения теплоты и работы;

•применять знание законов теплотехники для анализа функционирования теплообменных аппаратов.

ПРОГР АММА (СОДЕРЖАНИЕ) УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

1. Техническая термодинамика.

Основные понятия и определения теплотехники. Газовые смеси. Идеальные газы. Изопроцессы.

Реальные газы. Теплоемкость. Работа газа. Первый закон термодинамики. Энтропия. Энтальпия. Второй закон термодинамики. Термодинамические циклы. Цикл Карно. Термодинамические процессы рабочих тел. Влажный воздух. Истечение, дросселирование газов и паров.

2. Теория теплообмена.

Теплопередача. Теплопередача через тонкую стенку. Теплопроводность. Конвективный теплообмен. Теплообмен излучения. Сложный теплообмен.

3. Котельные установки и топочные устройства.

Топливо. Теплота сгорания. Процесс горения и его расчет. Котельные установки. Топки. Тепловой расчет котельных устройств и топок.

4. Тепловые двигатели.

Циклы газотурбинных установок. Циклы паротурбинных установок. Циклы двигателей внутреннего сгорания. Реактивные двигатели.

5. Компрессорные установки.

Компрессорные машины. Процессы для получения холода в циклах. Холодильные и криогенные машины и установки. У становки для получения сверхнизких температур.

6. Энергоснабжение.

Тепловые и атомные электростанции. Теплоснабжение промышленных предприятий. Основные направления экономии энергоресурсов и экология окружающего пространства.

СЕМИНАРСКИЕ И ПР АКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ, ЛАБОР АТОРНЫЕ

Р АБОТЫ

Семинар 1 Техническая термодинамика – 2 часа 1.1. Основные понятия и определения.

1.2. Идеальные газы.

1.3. Основы молекулярно-кинетической теории газов.

Задача Газ, занимающий при Т = 600 К и давлении 10000 Па объем 3 литра, изотермически сжимают, затем изобарно охлаждают до Т =300 К, после чего изотермически изменяют объем до 1 литра. Найти конечное давление.

Семинар 2 Техническая термодинамика – 2 часа 2.1. Первый закон термодинамики.

2.2. Циклические процессы.

2.3. Цикл Карно.

2.4. Второй закон термодинамики.

Задача Температура пара, поступающего в тепловую машину 500 К, температура охладителя 200 К.

Определить теоретически максимальную работу машины при затрате количества теплоты 10 КДж.

Семинар 3 Теория теплообмена – 2 часа 3.1. Теплопроводность.

3.2. Теплообмен излучения.

3.3. Конвективный теплообмен.

Задача В сосуде объемом 80 литров при температуре 58С находится идеальный газ под давлением 2*105 н/м2. Сколько молекул газа находится в этом сосуде?

Семинар 4 Тепловые двигатели– 2 часа 4.1. Двигатели внутреннего сгорания.

4.2. Основные типы двигателей.

4.3. Тепловые процессы в двигателях.

Задача В цилиндре двигателя внутреннего сгорания при работе образуются газы, температура которых 1000К. Температура отработанного газа 373К. Двигатель расходует в час 36 кг топлива, удельная теплота сгорания которого 43 МДж/кг. Какую максимальную полезную мощность может развивать этот двигатель?

Семинар 5 Энергоснабжение. – 2 часа 5.1. Энергоснабжение.

5.2. Тепловые и атомные электростанции.

5.3. Теплоснабжение промышленных предприятий.

5.4. Основные направления экономии энергоресурсов и экология окружающего пространства.

Лит-ра: Теплотехника (под ред. В. И. Крутова) М, Машиностроение 1986.

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ Р АБОТА СТУДЕНТОВ

Вопросы на самоподготовку 1. Газовые смеси.

2. Теплоемкость.

3. Мольная теплоемкость при постоянном объеме и давлении.

4. Определение работы и теплоты через параметры состояния.

5. Политропные процессы.

6. Энтальпия.

7. Водяной пар. Основные определения.

8. Влажный воздух.

9. Термодинамика потока.

10. Прямые и обратные циклы.

11. Теплопроводность. Закон Фурье.

12. Конвекция. Уравнение Ньютона - Рихмана.

13. Излучение. Закон Стефана – Больцмана.

14. Основы расчета теплообменных аппаратов.

15. Основы горения топлив.

16. Определение количества воздуха для процесса горения.

17. Котельные установки.

18.

Тепловой расчет котельных устройств и топок.

19.

20. Циклы газотурбинных установок.

21. Циклы паротурбинных установок.

Циклы двигателей внутреннего сгорания.

22.

Реактивные двигатели.

23.

24. Компрессорные машины.

25. Процессы для получения холода в циклах.

26. Холодильные и криогенные машины и установки.

27. У становки для получения сверхнизких температур.

28. Тепловые машины.

29. Вопросы экологии при работе тепловых машин 30. Основные направления экономии энергоресурсов.

Лит-ра: Теплотехника (под ред. В. И. Крутова) М, Машиностроение 1986.

ФОРМЫ ИТОГОВОГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

Вопросы к зачету.

1. Основное уравнение МКТ газов.

2. Идеальный газ.

3. Термодинамическая шкала температур.

4. Объединенный газовый закон.

5. Уравнение Менделеева-Клапейрона.

6. Изотермический процесс.

7. Изобарный процесс.

8. Изохорный процесс.

9. Адиабатный процесс.

10. Политропный процесс.

11. Уравнение состояния.

12. Молекулярно- кинетическая теория газов.

13. Основное уравнение МКТ.

14. Распределение молекул по скоростям.

15. Внутренняя энергия газов.

16. Температура и теплоемкость газов.

17. Элементарные процессы.

18. Работа при расширении и сжатии газов.

19. Понятие теплоты.

20. Теплоемкость газов.

21. У дельная теплоемкость.

22. Молярная теплоемкость.

23. Теплоемкость при постоянном давлении.

24. Теплоемкость при постоянном объеме.

25. Уравнение Майера.

26. Первое начало термодинамики.

27. Энтропия.

28. Энтальпия 29. Циклические процессы.

30. Цикл Карно.

31. Второе начало термодинамики.

32. Водяной пар. Основные определения.

33. Влажный воздух.

34. Термодинамика потока.

35. Истечение, дросселирование газов и паров.

36. Теплопередача.

37. Теплопроводность.

38. Конвективный теплообмен.

39. Теплообмен излучения.

40. Топливо.

41. Основы горения топлива.

42. Котельные установки.

44. Тепловой расчет котельных устройств и топок.

45. Циклы газотурбинных установок.

46. Циклы паротурбинных установок.

47. Циклы двигателей внутреннего сгорания.

48. Реактивные двигатели.

49. Компрессорные машины.

50. Процессы для получения холода в циклах.

51. Холодильные и криогенные машины и установки.

52. У становки для получения сверхнизких температур.

53. Тепловые машины.

54. Вопросы экологии при работе тепловых машин 55. Основные направления экономии энергоресурсов Задачи для практических и контрольных работ.

Контрольная работа № Задача№ Газ, занимающий при Т = 600 К и давлении 10000 Па объем 3 литра, изотермически сжимают, затем изобарно охлаждают до Т =300 К, после чего изотермически изменяют объем до 1 литра. Найти конечное давление.

Задача№ Баллон содержит 60 г кислорода и 300 г азота. Давление смеси 10 атмосфер, температура градусов Цельсия. Определить емкость баллона.

Задача№ Газ, совершающий цикл Карно, отдал охладителю количество теплоты 14 КДж. Определить температуру нагревателя, если при температуре охладителя 260К работа цикла составляет 6 КДж.

Задача№ Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно. Температура нагревателя Т1=500К, температура охладителя Т2=250К. Определить КПД цикла, а также работу совершаемую при изотермическом расширении, если при изотермическом сжатии совершена работа А2=70 Дж.

Задача№ Найти суммарную кинетическую энергию молекул, содержащихся в 10 г кислорода при температуре 20 градусов Цельсия.

Задача№ Свинцовая дробинка, летящая со скоростью 50 м/с, пробивает доску и вылетает из нее со скоростью 20 м/с. На сколько нагреется дробинка, если на увеличение ее внутренней энергии идет 0.5 потерянной кинетической энергии?

Задача№ В цилиндре двигателя внутреннего сгорания при работе образуются газы, температура которых 1000К. Температура отработанного газа 373К. Двигатель расходует в час 36 кг топлива, удельная теплота сгорания которого 43 МДж/кг. Какую максимальную полезную мощность может развивать этот двигатель?

Задача№ Зная постоянную Авогадро найти массу молекулы и атома азота.

Задача№ В сосуде объемом 80 литров при температуре 58С находится идеальный газ под давлением 2*105 н/м2. Сколько молекул газа находится в этом сосуде?

Задача№ Определить работу изотермического сжатия газа, совершающего цикл Карно, если КПД которого =0.4, если работа изотермического расширения газа А=8 Дж.

Задача№ Газ, занимающий при Т = 400 К и давлении 5000 Па объем 10литров, изотермически сжимают, затем изобарно охлаждают до Т =100 К, после чего изотермически изменяют объем до 5 литра. Найти конечное давление.

Задача№ При изотермическом расширении идеальный газ совершает работу 50 Кдж. Какое количество теплоты сообщено газу?

Задача№ Идеальный газ совершает цикл Карно при температуре охладителя Т2=290К и температуре нагревателя Т1=400К. Во сколько раз увеличится коэффициент полезного действия цикла, если температура нагревателя возрастет до 600К?

Задача№ Определить количество теплоты которое надо сообщить кислороду объемом 50 литров при его изохорном нагревании, чтобы давление газа повысилось на 0,5МПа.

Задача№ Идеальный газ совершает цикл Карно. Температура нагревателя в четыре раза выше температуры охладителя. Какую долю количества теплоты газ отдает охладителю?Задача№ Определить работу изотермического сжатия газа, совершающего цикл Карно, если КПД которого =0.4, если работа изотермического расширения газа А=8 Дж.

Задача№ Одноатомный газ занимает объем 4 литра под давлением 500 Па. Определить суммарную кинетическую энергию молекул газа.

Задача№ Сколько молекул воздуха находится в комнате размером 10х5х2 кубических метра при температуре 30 градусов Цельсия и давлении 760 мм рт ст?

Температура пара, поступающего в тепловую машину 500 К, температура охладителя 200 К.

Определить теоретически максимальную работу машины при затрате количества теплоты 10 КДж.

Газ, совершающий цикл Карно, отдал охладителю количество теплоты 10 КДж. Определить температуру нагревателя, если при температуре охладителя 200К работа цикла составляет 5 КДж.

Задача№ Одноатомный газ занимает объем 4 литра под давлением 500 Па. Определить суммарную кинетическую энергию молекул газа.

Задача№ Сколько молекул воздуха находится в комнате размером 10х4х2.5 кубических метра при температуре 20 градусов Цельсия и давлении 760 мм рт ст?

Задача№ Температура пара, поступающего в тепловую машину 400 К, температура охладителя 300 К.

Определить теоретически максимальную работу машины при затрате количества теплоты 8.4 Кдж.

Задача№ Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно. Температура нагревателя Т1=500К, температура охладителя Т2=250К. Определить КПД цикла, а также работу совершаемую при изотермическом расширении, если при изотермическом сжатии совершена работа А2=70 Дж.

Задача№ Газ, занимающий при Т = 400 К и давлении 8000 Па объем 10литров, изотермически сжимают, затем изобарно охлаждают до Т =200 К, после чего изотермически изменяют объем до 5 литра. Найти конечное давление.

Задача№ При изотермическом расширении идеальный газ совершает работу 20 Кдж. Какое количество теплоты сообщено газу?

Задача№ Идеальный газ совершает цикл Карно. Температура нагревателя в два раза выше температуры охладителя. Какую долю количества теплоты газ отдает охладителю?

Задача№ Газ, совершающий цикл Карно, отдал охладителю количество теплоты 10 КДж. Определить температуру нагревателя, если при температуре охладителя 250К работа цикла составляет 6 КДж.

Задача№ Свинцовая дробинка, летящая со скоростью 100 м/с, пробивает доску и вылетает из нее со скоростью 50 м/с. На сколько нагреется дробинка, если на увеличение ее внутренней энергии идет 0. потерянной кинетической энергии?

Задача№ Какое количество вещества находится в железном бруске массой 10 кг?

Задача№ Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно. Температура нагревателя Т1=500К, температура охладителя Т2=250К. Определить КПД цикла, а также работу совершаемую при изотермическом расширении, если при изотермическом сжатии совершена работа А2=70 Дж.

Задача№ Определить работу изотермического сжатия газа, совершающего цикл Карно, если КПД которого =0.6, если работа изотермического расширения газа А=10 Дж.

Задача№ Температура пара, поступающего в тепловую машину 500 К, температура охладителя 300 К.

Определить теоретически максимальную работу машины при затрате количества теплоты 8 КДж.

Задача№ Баллон содержит 100 г кислорода и 200 г аргона. Давление смеси 10атмосфер, температура градусов Цельсия. Определить емкость баллона.

Задача№ Одноатомный газ занимает объем 4 литра под давлением 1000 Па. Определить суммарную кинетическую энергию молекул газа.

Задача№ Найти суммарную кинетическую энергию молекул, содержащихся в 20 г азота при температуре 20 градусов Цельсия.

Задача№ В сосуде объемом 80 литров при температуре 58С находится идеальный газ под давлением 2*105 н/м2. Сколько молекул газа находится в этом сосуде?

Задача№ Идеальный газ совершает цикл Карно. Температура нагревателя в четыре раза выше температуры охладителя. Какую долю количества теплоты газ отдает охладителю?

Задача№ Газ, совершающий цикл Карно, отдал охладителю количество теплоты 14 КДж. Определить температуру нагревателя, если при температуре охладителя 260К работа цикла составляет 6 КДж.

Задача№ Баллон содержит 200 г кислорода и 200 г аргона. Давление смеси 20атмосфер, температура градусов Цельсия. Определить емкость баллона.

9. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КУРСА

Основная литература:

1. Теплотехника(под ред. А.П. Баскакова) М, Энергоиздат. 1982.

2.Теплотехника (под ред. В. И. Крутова) М, Машиностроение 1986.

3.Панкратов Г.П., "Сборник задач по теплотехнике". М, 1986г.

Дополнительная литература:

1. Швец И.Т., Голубинский В.И. и др. "Теплотехника". Киев, 1976г.

2. Авчухов В.В., Паюсте Б.Я. "Задачник по процессам тепломассообмена". М., 1986г.