МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Филиал Федерального Государственного Бюджетного Образовательного

Учреждения Высшего Профессионального Образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ»

в г. Смоленске

«Утверждаю»

Заведующий кафедрой ПТЭ

_ В.А. Михайлов

ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ

ДЛЯ ПОСТУПАЮЩИХ В МАГИСТРАТУРУ

Направление подготовки:

13.04.01 - Теплоэнергетика и теплотехника Магистерская программа:

Энергообеспечение предприятий. Тепломассообменные процессы и установки Смоленск, 2014 год

1. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ

1.1. Теоретические основы теплоэнергетики и теплотехники Термодинамическая система и окружающая среда. Равновесные и неравновесные состояния и процессы. Первый закон термодинамики, как закон сохранения и превращения энергии. Работа и теплота - формы передачи энергии. Второй закон термодинамики.

Термодинамические циклы и их изображения в T,S-диаграмме. Эксергия, как мера работоспособности системы. Потери эксергии при необратимых процессах. Эксергетический КПД.

Диаграммы H,S; P,V; T,S и P,T для реальных газов. Термодинамические основы процессов расширения и сжатия газов. Процессы истечения, адиабатного и изоэнтальпийного дросселирования. Термодинамические процессы с влажным воздухом.

Циклы паротурбинных установок, циклы холодильных установок, циклы газотурбинных установок. Комбинированные циклы.

Классификация процессов тепло- и массообмена по механизму переноса. Теплоотдача и теплопередача. Температурное поле, градиент температуры, плотность теплового потока.

Коэффициент теплопроводности и его зависимость от различных факторов. Термические сопротивления. Теплопередача через многослойную плоскую и цилиндрическую стенки.

Конвективный теплообмен. Особенности теплообмена при ламинарном и турбулентном течении. Теплоотдача при свободном движении жидкости. Теплоотдача при вынужденном течении жидкости в трубах и каналах. Теплоотдача при поперечном обтекании труб и пучков труб. Пленочная и капельная конденсации. Конденсация на вертикальных и горизонтальных пучках труб. Кипение в большом объеме. Механизм теплоотдачи и расчетные соотношения.

Теплообмен излучением между телами, разделенными прозрачной средой. Особенности теплообмена излучением в поглощающей среде.

Основные физические свойства жидкостей и газов. Общие законы и уравнения статики, кинематики и динамики жидкостей и газов. Силы, действующие в жидкостях, абсолютный и относительный покой (равновесие) жидких сред. Модель идеальной (невязкой) жидкости; общая интегральная форма уравнений количества движения и момента количества движения. Подобие гидромеханических процессов, общее уравнение энергии в интегральной и дифференциальной форме.

1.2. Метрология, технические измерения и автоматизация тепловых процессов Теоретические основы метрологии, основные понятия, связанные с объектами измерения:

свойство, величина, количественные и качественные проявления свойств объектов материального мира.

Основные понятия, связанные со средствами измерений (СИ); закономерности формирования результата измерения, понятие погрешности, источники погрешностей. Понятие многократного измерения и алгоритмы многократных измерений.

Системы теплотехнического контроля; методы измерения температуры, давления, разности давлений, уровня. Достоинства и недостатки применяемых приборов.

Устройства для измерения температур (термометры расширения; термопары; термометры сопротивления; пирометры и т.п.). Принципы действия, области использования, погрешности измерения этих устройств.

Приборы и устройства для измерения давлений и разности давлений. Методы измерения расходов жидкостей, газов и паров. Методы измерения уровней жидкостей и сыпучих веществ.

Способы и приборы для измерения концентрации компонентов газовых смесей.

Автоматизированные системы контроля и управления сбором данных.

Разновидности типовых динамических звеньев для аппроксимации тепловых объектов;

структура системы автоматического регулирования технологического параметра объекта.

Достоинства и недостатки контактных и бесконтактных пусковых устройств исполнительных механизмов.

1.3. Энергосбережение и использование нетрадиционных источников энергии Актуальность энергосбережения в России и мире. Государственная политика в области повышения эффективности использования энергии. Энергосбережение и экология.

Энергобалансы предприятий и интенсивное энергосбережение. Критерии энергетической оптимизации. Энергосбережение при производстве и распределении тепловой энергии, энергосбережение в промышленных котельных. Рациональное энергоиспользование в системах производства и распределения энергоносителей.

Понятие вторичных энергоресурсов (ВЭР). Классификация ВЭР. Использование вторичных энергоресурсов для получения электрической и тепловой энергии. Методика определения расчетного выхода ВЭР. Способы использования и преобразования ВЭР. Основные типы теплоутилизационных установок (ТУУ) и станций (УТЭЦ), используемых для выработки пара и горячей воды. Методы резервирования и выравнивания графиков выхода пара и горячей воды от утилизационных установок.

Традиционные и нетрадиционные источники энергии. Запасы и ресурсы источников энергии; динамика потребления энергоресурсов и развитие энергетического хозяйства.

Использование энергии ветра, солнца, геотермальной энергии, энергии волн и биотоплива для получения электрической и тепловой энергии.

Экологические проблемы энергетики; место нетрадиционных источников в удовлетворении энергетических потребностей человека.

1.4. Машины и аппараты, используемые в системах теплоэнергоснабжения Рекуперативные теплообменные аппараты. Их схемы и конструкции, тепловой и конструктивный расчеты, используемые теплоносители. Аппараты со смешением теплоносителей. Области их применения, методы расчета.

Природное топливо. Его характеристики, классификация, элементарный состав. Теплота сгорания топлив.

Высокотемпературные теплотехнические процессы и установки. Их классификация и характеристика. Структура тепловых балансов высокотемпературной теплотехнологической установки. Регенерация тепловых и горючих отходов высокотемпературного теплотехнологического процесса.

Котельные установки. Их классификация, тепловые схемы, области использования.

Материальный и тепловой балансы котла. КПД котла по прямому и обратному балансу.

Методика теплового расчета котла. Основы аэродинамического расчета котлоагрегатов.

Нагнетатели и расширители. Их классификация, характеристики, области использования в промышленной теплоэнергетике. Термодинамические основы процессов сжатия и расширения газов. Определение работы, мощности и КПД нагнетательных и расширительных машин.

Анализ влияния начальных условий и характеристики рабочего тела на работу его сжатия.

Многоступенчатое сжатие и расширение.

Поршневые компрессоры. Работа сжатия газа в идеальном компрессоре. Методика определения его основных размеров и подбор привода. Насосы и вентиляторы. Методика выбора их типоразмеров и привода. Совместная работа нескольких нагнетателей на общую сеть.

Влияние сжимаемости рабочего тела на условия работы нагнетателей.

Центробежные и осевые компрессоры. Их показатели и области использования. Методика выбора типоразмера и привода турбокомпрессоров. Влияние начальных условий и характеристики рабочего тела на режим работы и характеристику поршневых и турбокомпрессоров.

Работа и мощность турбинной установки. Баланс энергии и структура КПД турбинной ступени. Основы методики теплового расчета многоступенчатых турбин.

Паровые и газовые турбины и детандеры. Классификация, типы, энергетические характеристики отечественных теплофикационных и конденсационных паровых турбин.

Стандартные параметры пара, используемые на промышленных тепловых электростанциях и их связь с оптимальными мощностями используемых турбин. Приводные турбины. Диаграммы переменных режимов теплофикационной турбины с одним регулируемым отбором и конденсатором.

1.5. Системы теплоснабжения промышленных предприятий Назначение, структура и классификация систем теплоснабжения промышленных предприятий. Их основные элементы. Схемы, оборудование и режимы работы систем пароснабжения. Схемы, состав оборудования и режимы работы систем сбора и возврата конденсата от потребителей пара. Схемы, оборудование и режимы работы водяных систем теплоснабжения предприятий.

Горячее водоснабжение. Его назначение, требуемые параметры, удельные нормы расхода воды на горячее водоснабжение и характер суточных графиков ее потребления. Методы определения расчетного, среднесуточного и годового расхода теплоты на горячее водоснабжение.

Отопление промышленных знаний. Расчетные значения температур воздуха внутри и снаружи отапливаемых цехов. Методы подсчета потерь теплоты через наружные ограждения и с инфильтрацией наружного воздуха. Определение внутренних тепловыделений в производственных помещениях. Тепловой баланс помещения и методы определения потребности в подводе теплоты из отопительной системы при изменении температуры наружного воздуха. Суточные и годовые графики теплопотребления на цели отопления в производственных цехах. Системы парового, воздушного и водяного отопления в цехах предприятия.

Вентиляция и кондиционирование воздуха промышленных цехов. Методы определения количества свежего воздуха для вентиляции или систем кондиционирования помещений и необходимого количества теплоты для его подогрева. Графики сменного, суточного и годового потребления теплоты на цели вентиляции и кондиционирования. Использование ЭВМ для построения годовых графиков суммарной тепловой нагрузки.

Назначение и рациональные области использования котельных в системах теплоснабжения промышленных предприятий. Паровые котельные. Методы выбора количества рабочих и резервных котлоагрегатов, их типоразмеров и состава вспомогательного оборудования. Водогрейные котельные. Области их рационального использования. Методы выбора количества и типоразмеров водогрейных котлов, устанавливаемы в котельной. Методы расчета тепловых схем котельной. Расходы топлива и электроэнергии на собственные нужды котельных. Определение удельного расхода топлива на единицу пара или теплоты, выработанных в котельной.

Назначение, области применения, принципиальные схемы, используемое топливо, состав и параметры оборудования паротурбинных (ПТС), газотурбинных (ГТС), парогазовых (ПГС) и атомных (АЭС) электростанций.

Паротурбинные ТЭЦ комбинировано вырабатывающие электроэнергию и теплоту.

Методы определения их энергетических показателей и экономии топлива, влияние начальных и конечных параметров промышленной ТЭЦ и параметров отборного пара на ее энергетическую эффективность. Промежуточный перегрев пара на ТЭЦ. Коэффициент теплофикации и методика нахождения его оптимального значения. Использование коэффициента теплофикации для распределения тепловой нагрузки между отборами турбин и пиковыми водогрейными котельными.

Регенеративный подогрев питательной воды. Методы определения оптимального значения температуры и числа ступеней подогрева питательной воды на паротурбинных и атомных ТЭЦ. Регенеративный подогрев сжатого воздуха в схемах ГТС и ПГС. Особенности составления и расчета тепловых схем промышленных ТЭЦ. Использование ЭВМ при расчетах и анализе тепловых схем. Выбор количества и типоразмеров основного и вспомогательного оборудования ТЭЦ.

Методы регулирования отпуска теплоты из систем теплоснабжения и их сравнительные характеристики. Регулирование отпуска теплоты из паровых систем теплоснабжения.

Комбинированные методы регулирования разнородной тепловой нагрузки отпускаемой из водяных систем теплоснабжения промышленных предприятий. Способы построения графиков изменения температур и расходов теплоносителей с использованием ЭВМ.

Тепловые сети. Их назначение, схемы, конструкции элементов и различных типов прокладок. Основные требования к режиму давлений в тепловых сетях. Методики гидравлического расчета: паропроводов, конденсаторов и водяных тепловых сетей. Методы и алгоритмы гидравлического расчета с использованием ЭВМ. Пьезометрические графики и их использование в процессах проектирования и эксплуатации тепловых сетей. Гидравлические характеристики различных элементов тепловой сети и их использование для анализа переменных гидравлических режимов в процессе эксплуатации. Гидравлические разрегулировки и способы повышения гидравлической устойчивости систем теплоснабжения.

Методы расчета тепловых потерь и снижения температур теплоносителя при движении через тепловые сети. Методика выбора оптимальной толщины изоляции.

Методы определения усилий и напряжений, возникающих в элементах тепловых сетей при различных эксплуатационных режимах. Методика расчета и выбора размеров труб, опор, компенсаторов, регулирующей арматуры и других элементов тепловых сетей.

1.6. Системы воздухоснабжения, водоснабжения, хладоснабжения и газоснабжения Назначение, структура и классификация систем воздухоснабжения промышленных предприятий. Методы определения расчетной потребности в сжатом воздухе с учетом специфики пневмоприемников и характера технологических процессов различных предприятий.

Особенности составления и расчета технологических схем компрессорных станций. Выбор количества и типоразмеров основного и вспомогательного оборудования компрессорных и воздуходувных станций. Определение удельных затрат энергии на производство сжатого воздуха. Методика аэродинамического расчета воздушной сети. Алгоритм их расчета с использованием ЭВМ. Системы воздухоснабжения промышленных предприятий. Их связь с экологическими проблемами региона.

Методы определения потребности в воде на технологические, противопожарные и хозяйственные нужды цехов и предприятия. Формирование структуры системы водоснабжения промышленного предприятия для конкретных исходных данных (характеристики источника водоснабжения, уровень загрязнения воды, возможности сброса стоков и т.д.).

Характеристики потребителей искусственного холода на предприятии. Расчет потребности в искусственном холоде для цеха предприятия. Методика расчета холодильной установки.

Специфика потребления продуктов разделения воздуха на промышленных предприятиях.

Сравнение показателей циклов, используемых для охлаждения и ожижения воздуха.

Составление материального баланса воздухоразделительной установки. Определение потребности в продуктах разделения воздуха цехов предприятия и выбор оптимального состава и количества воздухоразделительных установок на станции разделения воздуха. Определение затрат энергии на производство отдельных продуктов разделения воздуха.

Система газоснабжения промышленных предприятий. Газовый баланс предприятия.

Использование природного и отходящих горючих газов. Утилизация избыточного давления доменного газа в ГУБТ.

2. СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАДАНИЙ

Практические задания сводятся к анализу и решению типовых расчетных задач по направлению теплоэнергетика и теплотехника и включают в себя следующие темы:

построение в диаграммах h,S; p,V; T,S и p,T циклов работы ПТУ;

построение в диаграммах h,S; p,V; T,S и p,T циклов работы ГТУ;

определение термического сопротивления многослойной плоской и цилиндрической стенки;

определение коэффициента теплоотдачи и теплопередачи при свободной и вынужденной конвекции;

определение коэффициента теплоотдачи и теплопередачи при кипении и конденсации жидкости;

определение погрешности измерений теплотехнических величин;

определение поверхности нагрева кожухотрубчатого теплообменного аппарата;

определение гидравлического сопротивления теплообменного аппарата;

построение процессов сжатия газа в поршневом и центробежном компрессоре;

построение процессов расширения в ПТУ;

выбор нагнетательной установки для сети;

определение параметров турбинной установки;

определение количества теплоты на отопление, вентиляцию, ГВС;

определение потерь давления в трубопроводах тепловых сетей, системах газо- и водоснабжения;

определение холодопроизводительности систем кондиционирования и установок искусственного холода.

С образцами практических заданий можно ознакомиться на кафедре ПТЭ.

1. Кириллин В.А. Техническая термодинамика. М.: Изд. дом МЭИ, 2008 г 493с.

2. Аметистов Е.В. Основы теории теплообмена. М: МЭИ, 2000.

3. Гидравлика, гидромашины и гидропневмопривод; уч. пособие. Т.В. Артемьева, Т.М.

Лысенко, А.Н. Румянцева, С.П. Стесин. М.: изд. центр Академия, 2007 г. 334 с.

4. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Справочник.

Под общей ред. А.В. Клименко и В.М. Зорина. М: МЭИ, 2001.

5. Теплоэнергетика и теплотехника. Общие вопросы. Справочная серия под общей ред.

А.В. Клименко, В.М. Зорина. Кн.2. М.: МЭИ, 1999.

6. Иванова Г.М., Кузнецов Н.Д., Чистяков В.С. Теплотехнические измерения и приборы.

М.: Энергоатомиздат, 1984.

7. Теория автоматического управления. Под ред. В.Б.Яковлева. 2-е издание. М., Высшая 8. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях. Под ред. А.В. Клименко.

М.: Изд. Дом МЭИ, 2010.

9. Сибикин Ю.Д. Технология энергосбережения. М.: Форум: Инфра, 2006г. 351 с.

10. Лисиенко В.Г. Хрестоматия энергосбережения. М.: Теплотехника. Кн. 1 2005 г. 688 с.

11. Сибикин Ю.Д. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. М.: ИП Радиософт, 2009 г. 228 с.

12. Пугач Л.И. Нетрадиционная энергетика - возобновляемые источники, использование биомассы, термохимическая подготовка, экологическая безопасность. Новосибирск, изд-во НГТУ, 2006 г. 345 с.

13. Турбины тепловых и атомных электрических станций. Под ред. А.Г. Костюка, В.В.

Фролова. Изд. 3-е перераб. и доп. М.: Изд. Дом МЭИ, 2010.

14. Динамика и прочность турбомашин. А.Г. Костюк: Учебник для вузов. М.: МЭИ, 2000.

15. Черкасский В.М. и др. Нагнетатели и тепловые двигатели: Учебник для ВУЗов. М.:

Энергоатомиздат, 1997.

16. Тепловые и атомные электрические станции. Л.С. Стерман, В.М. Лавыгин, С.Г.

Тишин: Учебник для вузов. М.: МЭИ, 1999.

17. Проектирование, монтаж и эксплуатация тепломассообменных установок / Под ред.

А.М. Бакластова. М.: Энергоиздат,1981.

18. Щегляев А.Б. Паровые турбины. М.: Энергия, 1976.

19. Отопление. В.И. Полушкин. М.: Издательский Центр «Академия», 2010.

20. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов. М.: МЭИ, 2009г. 472 с.

21. Экономика энергетического производства. С.В. Можаева. С-Петербург. «Москва», 22. Голубков Б.Н., Данилов О.П. Теплотехническое оборудование и теплоснабжение промышленных предприятий. М.: 1993.

23. Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Котельные установки промышленных предприятий; Учебник для вузов - 3-е изд., перераб. М.: Энергоатомиздат, 1988.

24. Долягин Г.Н., Лебедев В.И., Пермяков Б.А. Теплогенерирующие установки: Учебник для вузов. М.: Стройиздат, 1986.

25. Водоснабжение и водоотведение. Под общ. ред. В.С. Дикаревского. М., 2009.

Программу составили:

Руководитель магистерской программы:

д.т.н., профессор С.В. Панченко доцент кафедры ПТЭ к.т.н., доцент В.А. Галковский