Министерство образования Республики Беларусь

Учебно-методическое объединение высших учебных заведений

Республики Беларусь по химико-технологическому образованию

УТВЕРЖДАЮ

Первый заместитель Министра

образования Республики Беларусь

_ А.И.Жук

«_» _2011 г.

Регистрационный № ТД – /тип.

ТЕПЛОТЕХНИКА И ТЕПЛОЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

Типовая учебная программа для учреждений высшего образования по специальностям 1-50 01 01 «Технология пряжи, тканей, трикотажа и нетканых материалов»

(для всех специализаций, кроме 1-50 01 01 07 «Художественное проектирование текстильных полотен»); 1-50 01 02 «Конструирование и технология швейных изделий» (специализации 1-50 01 02 01 «Технология швейных изделий», 1- 01 02 03 «Технология швейных изделий по индивидуальным заказам»); 1-50 «Конструирование и технология изделий из кожи» (специализации 1-50 02 «Технология обуви», 1-50 02 01 02 «Технология кожгалантерейных изделий», 1Изготовление и ремонт обуви по индивидуальным заказам»)

СОГЛАСОВАНО СОГЛАСОВАНО

Заместитель председателя Начальник Управления высшего и концерна «Беллегпром» среднего специального образования А.В.Гуров Министерства образования 2011 г. Республики Беларусь _ Ю.И.Миксюк 2011 г.

СОГЛАСОВАНО СОГЛАСОВАНО

Председатель Учебно-методического Проректор по учебной и объединения вузов Республики воспитательной работе Беларусь по химико-технологическому Государственного учреждения образованию образования «Республиканский _ И.М.Жарский институт Высшей школы»

_ 2011 г. В.И.Шупляк 2011 г.

Эксперт-нормоконтролер 2011 г.

Минск

СОСТАВИТЕЛЬ:

Ольшанский А.И., доцент кафедры «Технология и оборудование машиностроительного производства» учреждения образования «Витебский государственный технологический университет», кандидат технических наук, доцент.

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

Кафедра «Энергосбережение, гидравлика и теплотехника» учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет»

(протокол № 8 от «14» марта 2011 г.);

Кравченко А.Е., начальник Витебского областного управления по надзору за рациональным использованием топливно-энергетических ресурсов, г. Витебск.

РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ В КАЧЕСТВЕ ТИПОВОЙ:

Кафедрой «Технология и оборудование машиностроительного производства»

учреждения образования «Витебский государственный технологический университет»

(протокол № 10 от 18 марта 2011 г.);

Научно-методическим Советом учреждения образования «Витебский государственный технологический университет»

(протокол № 7 от 29 марта 2011 г.);

Научно-методическим Советом по технологиям легкой промышленности Учебно-методического объединения по химико-технологическому образованию (протокол № 4 от «28» марта 2011 г.).

Ответственный за редакцию: А.И. Ольшанский Ответственный за выпуск: О.С. Герасимова

СОДЕРЖАНИЕ

1 Пояснительная записка……………………………………………… 2 Примерный тематический план дисциплины...……………………. 3 Содержание учебного материала…………………………………… 4 Информационно-методическая часть……………………………….

1 ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

1.1 Актуальность изучения учебной дисциплины Типовая учебная программа по дисциплине «Теплотехника и теплоэнергосбережение» разработана в соответствии с образовательными стандартами: ОСРБ 1-50 01 01-2008 для специальности 1-50 01 01 «Технология пряжи, тканей, трикотажа и нетканых материалов», ОСРБ 1-50 01 02-2008 для специальности 1-50 01 02 «Конструирование и технология швейных изделий», ОСРБ 1-50 02 01-2008 для специальности 1-50 02 01 «Конструирование и технология изделий из кожи».

Развитие производства неразрывно связано с совершенствованием теплотехнических процессов и установок, с внедрением новых энергоэффективных безотходных технологий. Актуальность дисциплины «Теплотехника и теплоэнергосбережение» заключается в изучении, применении и организации методов эффективного использования энергии в теплообменных установках и аппаратах. Теплотехника устанавливает законы преобразования и использования энергии, решает задачи экологии, сырьевых и топливно-энергетических ресурсов.

1.2 Цель и задачи учебной дисциплины Цель дисциплины – освоение студентами теоретических и практических методов получения, преобразования, передачи и использования теплоты для выбора энергосберегающего теплотехнического оборудования и реализации эффективных режимов при его эксплуатации, максимальной экономии топливно-энергетических ресурсов, интенсификации и оптимизации технологических процессов, выявления и использования вторичных энергетических ресурсов.

Задачи дисциплины:

формирование у студентов знаний по теплотехнической терминологии, законов преобразования энергии, использования теплоты в различных теплотехнических устройствах;

ознакомление студентов с принципами действия энергетических установок, теплоэнергетического оборудования, принципами действия холодильных, компрессорных, паросиловых установок;

дать студентам инженерные способы теплового расчета теплового оборудования.

1.3 Требования к уровню освоения содержания учебной дисциплины Выпускник должен знать:

методы получения, преобразования и использования энергии;

экологические проблемы теплоэнергосбережения;

основные энергосберегающие процессы;

эффективность использования вторичных теплоэнергоресурсов;

методы анализа эффективности использования тепловой энергии, принципы действия тепловых машин и основного теплоэнергетического оборудования;

свойства возобновляемых и невозобновляемых энергетических ресурсов Беларуси и их потенциал;

основные технологические и вспомогательные потребители энергии в отрасли;

особенности проведения энергетического аудита и организации энергосбережения предприятия;

применять комплекс полученных знаний для практического использования при анализе работы теплотехнического оборудования;

пропагандировать идеи теплоэнергосбережения на всех уровнях управления производством;

использовать основные законы термодинамики и теплообмена в инженерной деятельности;

уметь экспериментально определять теплотехнические характеристики материалов и оборудования;

экономно и рационально использовать энергию на рабочем месте;

пользоваться информационными ресурсами об энергосбережении;

планировать энергосберегающие мероприятия на основе использования вторичных энергоресурсов.

1.4 Методы (технологии) обучения В качестве методов обучения проводятся лекции, рекомендуется проведение практических занятий с решением задач, выполнением контрольных заданий, самостоятельной работы и контроля за ее выполнением.

1.5 Междисциплинарные связи Дисциплина «Теплотехника» тесно связана с дисциплинами: «Физика»

(закон сохранения и преобразования энергии, закон идеальных газов, теплоемкость газов, цикл Карно, законы переноса тепла, теплопроводность, конвекция, тепловое излучение), «Основы энергосбережения» (получение, преобразование и потребление энергии, эффективное использование энергии в теплоиспользующих установках и аппаратах, расчеты экономии топливноэнергетических ресурсов).

1.6 Организация самостоятельной работы студентов При изучении дисциплины используются следующие формы самостоятельной работы:

контролируемая самостоятельная работа в виде решения задач во время проведения лабораторных занятий по заданной теме;

самостоятельная внеаудиторная работа в виде выполнения индивидуальных заданий с консультациями преподавателя.

1.7 Диагностика компетенций студента Для оценки достижений студентов используется следующий диагностический инструментарий:

выступление студента на конференции по подготовленному реферату по результатам научно-исследовательской работы;

проведение текущих контрольных опросов по отдельным темам;

защита выполненных в рамках управляемой самостоятельной работы индивидуальных заданий;

2 ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

Дисциплина относится к циклу общепрофессиональных и специальных дисциплин (обязательный компонент) образовательных стандаратов ОСРБ 1Общая трудоемкость дисциплины составляет 120 часов, из них аудиторных – 68, в том числе лекций – 34, лабораторных занятий – 34; самостоятельная работа – 52.

Дисциплина является лабораторно-ориентированной.

ПРИМЕРНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСОВ ПО РАЗДЕЛАМ И ТЕМАМ

№ раздела, темы

1 ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

1.2 Теплоемкость идеальных и реальных газов 1.5 Термодинамические процессы идеальных 1.6 Влажный воздух (основные понятия и определения)

2 ЦИКЛЫ ТЕПЛОВЫХ МАШИН

2.3 Циклы парокомпрессионных холодильных

3 ТЕОРИЯ ТЕПЛООБМЕНА

3.3 Конвективный теплообмен при вынужденном и свободном движении жидкости

4 ТЕПЛОЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

№ раздела, темы Вторичные энергетические ресурсы легкой и текстильной промышленности Организация энергосбережения в Республике Беларусь

3 СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА

3.1 Разделы, темы и их содержание ВВЕДЕНИЕ (основные понятия и определения) Роль и место теплотехники в системе подготовки инженерных кадров.

Роль теплотехники в научно-техническом прогрессе, в развитии новой техники и технологии. Значение теплотехники в решении проблем экономии топливно-энергетических ресурсов, в создании энергосберегающего теплотехнического оборудования. Роль теплотехники в развитии энергетики. Перспективы развития энергетики в Республике Беларусь.

РАЗДЕЛ 1 ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

Тема 1.1 Уравнения идеальных и реальных газов Предмет технической термодинамики и ее методы. Термодинамическая система, термодинамические параметры, термодинамический процесс.

Равновесное и неравновесное состояние. Обратимые и необратимые процессы. Теплота и работа, как формы передачи энергии. Круговые процессы или циклы. Уравнение состояния идеального и реального газа.

Тема 1.2 Теплоемкость идеальных и реальных газов Теплоемкость. Массовая, объемная и мольная теплоемкости. Зависимость теплоемкости от температуры и давления. Теплоемкость при постоянном объеме и давлении. Средняя и истинная теплоемкости. Теплоемкость идеальных и реальных газов. Уравнение Майера. Формулы и таблицы для определения теплоемкостей. Теплоемкость газовых смесей.

Тема 1.3 Первый закон термодинамики Сущность и аналитическое выражение первого закона термодинамики.

Внутренняя энергия и внешняя работа газа. Энтальпия. РV-диаграмма. Уравнение первого закона термодинамики для газового потока. Располагаемая работа.

Тема 1.4 Второй закон термодинамики Сущность и основные формулировки второго закона термодинамики.

Основные особенности термодинамических циклов тепловых машин. Прямые и обратные циклы. Термодинамический коэффициент полезного действия (КПД) и холодильный коэффициент циклов. Прямой и обратный обратимый цикл Карно. Свойства обратимых и необратимых циклов. Аналитическое выражение второго закона термодинамики. Энтропия. Т-S-диаграмма. Первый и второй интегралы Клаузиуса. Статистическое толкование второго закона термодинамики. Принцип возрастания энтропии и работоспособность изолированной системы.

Тема 1.5 Термодинамические процессы идеальных газов Общие методы исследования термодинамических процессов. Простейшие термодинамические процессы: изохорный, изобарный, изотермический. Адиабатный обратимый процесс. Политропные процессы. Основные характеристики политропных процессов, изображение в Р- и T-Sдиаграммах. Теплоемкость политропных процессов. Исследование политропных процессов.

Тема 1.6 Влажный воздух (основные понятия и определения) Основные понятия и определения. Абсолютная, относительная влажность, влагосодержание. H-d-диаграмма влажного воздуха. Расчет основных процессов с влажным воздухом в H-d-диаграмме (подогрев, сушка, смешение потоков различных параметров). Расчет процессов смешения воздуха и газов различных параметров в Н-d – диаграмме влажного воздуха. Коэффициент рециркуляции (смешения).

РАЗДЕЛ 2 ЦИКЛЫ ТЕПЛОВЫХ МАШИН

Тема 2.1 Циклы паросиловых установок (ПСУ) Цикл Карно для влажного пара. Цикл Ренкина, термический КПД цикла Ренкина. Схема паросиловой установки. Изображение цикла в Р- T-S, hS-диаграммах. Влияние основных параметров пара на КПД ПСУ цикла. Регенеративный цикл ПСУ. Теплофикационный цикл ПСУ.

Тема 2.2 Циклы компрессорных установок Классификация и принцип действия компрессоров. Изотермическое, адиабатное и политропное сжатие. Работа одноступенчатого компрессора.

Влияние вредного пространства на объемный КПД компрессора. Многоступенчатый компрессор. Изображение в P--T-S-диаграммах. Многоступенчатое сжатие. Внутренний КПД компрессора. Индикаторная диаграмма компрессора. Относительный внутренний КПД.

Тема 2.3 Циклы парокомпрессионных холодильных машин Классификация холодильных установок. Рабочие хладоагенты. Холодильный коэффициент и холодопроизводительность. Цикл парокомпрессионной холодильной машины. Изображение цикла в T-S, h-S, lqP-h-диаграммах.

РАЗДЕЛ 3 ТЕОРИЯ ТЕПЛООБМЕНА

Тема 3.1 Теплопроводность Основные задачи теории теплообмена. Основные понятия и определения. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности. Теплопроводность в металлах, каппилярнопористых телах, жидкостях и газах. Стационарная теплопроводность через однослойные и многослойные плоские и цилиндрические стенки.

Тема 3.2 Основы конвективного теплообмена Основные понятия и определения. Физическая сущность конвективного теплообмена. Понятие пограничного слоя. Уравнение теплообмена НьютонаРихмана. Коэффициент теплоотдачи. Основы теории подобия. Условия подобия физических явлений. Критерии подобия теплообмена и критериальные уравнения. Физический смысл основных критериев подобия. Теоремы подобия. Обработка и обобщение экспериментальных данных при исследовании конвективного теплообмена. Определяющий размер и определяющая температура.

Тема 3.3 Конвективный теплообмен при вынужденном и свободном движении жидкости Теплоотдача при вынужденном движении жидкости в трубах при ламинарном и турбулентном режиме движения. Теплоотдача при движении жидкости вдоль плоской поверхности. Критериальные уравнения теплообмена. Теплоотдача при поперечном омывании одиночной трубы. Теплоотдача при поперечном омывании пучков труб. Расчетные критериальные уравнения теплообмена. Теплоотдача при свободном движении жидкости в неограниченное пространство. Естественная конвекция от горизонтальных труб. Критериальные уравнения. Теплообмен при конденсации.

Тема 3.4 Теплообмен излучением Общие понятия и определения. Тепловой баланс лучистого теплообмена. Основные законы теплового излучения. Теплообмен излучением между параллельными поверхностями, разделенными прозрачной средой. Теплообмен излучением между телами, произвольно расположенными в пространстве. Защита от теплового излучения. Тепловые экраны. Излучение газов.

Принцип расчета теплообмена излучением в камерах сгорания.

Тема 3.5 Теплопередача Сложный теплообмен. Уравнение теплопередачи, коэффициент теплопередачи. Теплопередача через однослойную и многослойную плоскую и цилиндрическую стенки. Пути интенсификации процесса теплопередачи. Тепловая изоляция и выбор материала тепловой изоляции.

Тема 3.6 Основы расчета теплообменных аппаратов Классификация и назначение теплообменных аппаратов. Основные принципы теплового расчета аппаратов. Средний температурный напор. Схемы движения теплоносителей и сравнение прямотока с противотоком.

РАЗДЕЛ 4 ТЕПЛОЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

Тема 4.1 Возобновляемые и невозобновляемые энергетические ресурсы Восполняемые и невосполняемые энергетические ресурсы. Виды топлива. Условное топливо. Преобразование солнечной энергии в тепловую. Ветроэнергетика и малая гидроэнергетика. Энергия биомассы. Тепловые и атомные станции (ТЭЦ, КЭС, АЭС). Котельные. Газотурбинные и парогазовые установки.

Тема 4.2 Вторичные энергетические ресурсы легкой и текстильной промышленности Пути использования вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) в отрасли. Основные виды тепловых ВЭР в легкой и текстильной промышленности. Основные теплотехнические агрегаты – источники ВЭР. Теплоносители.

Основные требования к теплоносителям. Горячая вода, водяной пар и дымовые газы – как теплоносители. Использование теплоты сбросных растворов, теплоты паровоздушной среды, теплоты пара вторичного вскипания, теплоты конденсата «глухого» пара.

Тема 4.3 Организация энергосбережения в Республике Беларусь Структура управления энергосбережением в Республике Беларусь. Цели и средства реализации энергетической политики. Приоритетные направления энергосберегающей политики. Энергетический аудит промышленных предприятий. Методы нормирования расхода энергетических ресурсов на производстве.

Тема 4.4 Экология и энергосбережение Основные технологические процессы, приводящие к эмиссии парниковых газов. Парниковый эффект. Основные источники загрязнения окружающей среды. Экологические проблемы теплоэнергетики и ядерной энергетики. Экологические эффекты энергосбережения. Возобновляемые источники энергии и окружающая среда. Местные виды топлива.

4 ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4.1 Основная литература 1. Теплотехника : учебник для вузов / А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт и др.; Под ред. А.П. Баскакова. –– Москва : Энергоатомиздат, 1991.

2. Нащекин, В.В. Технологическая термодинамика и теплопередача : Учеб. пособие для неэнергетических специальностей вузов. – Москва : Высшая школа, 1975.

3. Ольшанский, А.И. Теплотехника : курс лекций / А.И. Ольшанский. –– Витебск : УО «ВГТУ», 2009.

4. Михеев, М.А. Основы теплопередачи // М.А. Михеев, И.М. Михеева. –– Москва : Энергия, 1973.

5. Андрижиевский, А.А. Энергосбережение и энергетический менеджмент Минск : Вышэйшая школа, 2003.

А.И. Ольшанский, В.И. Ольшанский, Н.В. Беляков. – Витебск : УО «ВГТУ», 2009.

7. Теплоиспользующие установки в текстильной промышленности : Учеб.

для вузов / Е.А. Ганин, С.Д. Корнеев и др. –– Москва : Легпромиздат, 1989.

4.2 Дополнительная литература 1. Теплотехника : учебник для ВТУЗов / А.М. Арханов, С.И. Исаев, И.ВА. Кожинов и др. : под общей редакцией В.И. Крутова. –– Москва : Машиностроение, 1986.

2. Теплоиспользующие установки в текстильной промышленности : учебник для вузов / Е.А. Ганин, С.Д. Корнеев, И.П. Корнюхин. –– Москва : Легпромиздат, 1989.

3. Ольшанский, А.И. Основы энергосбережения. Вторичные энергетические ресурсы : Сборник задач / А.И. Ольшанский, Н.В. Беляков. – Витебск :

УО «ВГТУ», 2010.

Методические указания к выполнению лаборатоных и практических работ по дисциплине «Теплотехника». – Витебск: УО «ВГТУ», 2002.

4.3 Примерный перечень тематики лабораторных занятий 1. Приборы и методы определения параметров рабочих тел.

2. Определение изобарной теплоемкости воздуха.

3. Исследование процессов во влажном воздухе.

4. Определение степени сухости и теплоты парообразования водяного пара.

5. Определение теплопроводности материалов методом цилиндрического слоя.

6. Теплоотдача вертикального цилиндра при естественной конвекции.

7. Теплоотдача при вынужденном движении воздуха в трубе.

8. Определение коэффициентов излучения текстильных материалов.

9. Исследование работы теплообменного аппарата при прямотоке и противотоке.

10. Исследование кинетики процесса сушки в конвективной сушилке.

11. Расчет тепловых потерь через элементы ограждающих конструкций.

12. Расчет тепловых потерь при транспортировке теплоты в тепловых сетях.

13. Использование вторичных энергетических ресурсов.

14. Анализ энергетической эффективности энергосберегающих мероприятий.

15. Анализ тепловых балансов теплообменных аппаратов.