Министерство транспорта Российской Федерации

Новосибирская государственная академия водного транспорта

Шифр дисциплины: ОПД.Ф.02.06.

ТЕПЛОТЕХНИКА

Рабочая программа по специальности 240500

«Эксплуатация судовых энергетических установок»,

направление 653300 «Эксплуатация транспорта и транспортного

оборудования»

Новосибирск, 2001 Рабочая программа составлена доцентом В.Д. Сисиным на основании Государственного образовательного стандарта профессионального высшего образования: государственные требования к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальности 240500 «Эксплуатация судовых энергетических установок», направлению 653300 «Эксплуатация транспорта и транспортного оборудования».

Программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры Т и СЭУ НГАВТ _ 2001.

Зав. кафедрой В.Д. Сисин Программа согласована:

Зав. кафедрой СДВС _ С.А. Калашников Зав. кафедрой С и С ---------------------------------- Л.К. Арабьян Декан заочного обучения ----------------------------------А.А. Ратничкин Рабочая программа одобрена советом судомеханического факультета 2002 г.

Председатель совета СМФ _Д.Л. Лезин

1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ

«Теплотехника» является базовой дисциплиной при подготовке инженеров-механиков по специальности 240500 «Эксплуатация судовых энергетических установок». В состав судовых энергетических установок (СЭУ) входят различные типы тепловых двигателей, компрессоров, теплообменных аппаратов и холодильных установок. Будущий специалист должен не только знать и выполнять правила технической эксплуатации СЭУ, но и понимать физическую сущность и закономерность термодинамических процессов.

Рассматриваемая дисциплина является теоретической основой для последующего изучения специальных теплотехнических дисциплин. Как наука одной из обширных областей современного естествознания «Теплотехника» играет важную роль в становлении инженерного мышления. Знание физических процессов и методологии исследования позволяет устанавливать наиболее выгодные условия работы тепловых двигателей, теплообменных аппаратов и установок, а также намечать пути их дальнейшего совершенствования и создания принципиально новых.

Основная цель при изучении дисциплины «Теплотехника» - формирование знаний о закономерностях взаимного преобразования теплоты и работы, процессов тепло - и массопереноса, а также умений анализировать термодинамические и тепло массообменные процессы и намечать пути повышения эффективности работы, как отдельных элементов, так и СЭУ в целом.

2 ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ

ДИСЦИПЛИНЫ

В результате изучения дисциплины студенты должны:

иметь представление:

-- о задачах и перспективах развития судовой теплоэнергетики;

-- о количественных и качественных соотношениях при взаимном преобразовании теплоты и работы;

-- о типах тепловых двигателей и установок, их термодинамических качествах;

-- о методах термодинамического анализа циклов СЭУ и путях повышения их термического КПД;

-- о понятиях химической термодинамики;

-- об основных законах теории тепло и массообмена и основах расчета теплообменных аппаратов;

-- о видах топлив, их характеристиках, процессах горения;

-- об охране окружающей среды и основах энергосбережения;

-- о методах и средствах проведения простейших теплотехниче ских экспериментов.

После завершения изучения курса студенты должны:

уметь:

-- определять основные параметры рабочих тел и рассчитывать процессы изменения состояния идеального и реальных газов;

-- изображать и анализировать процессы и циклы;

-- производить расчет идеальных циклов тепловых двигателей и установок, тепло массообменных аппаратов и устройств.

3 ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

Общая трудоёмкость Изучение литературы теоретического Курсовая работа (Числитель – обычная форма обучения; знаменатель – ускоренная форма обучения).

4 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Разделы, темы дисциплины и виды занятий

О З О О З О З

Раздел 1 Термодинамика Тема 1.1 Основные понятия и Тема 1.2 Смеси Тема 1.4 Тер- модинамические

О З О О З О З

Тема 1.6 Циклы теплосиловых Тема 1.8 Основы химической Тема 1.9 Термодинамический Раздел 2 Теория теплообмена Тема 2.1 Основные понятия и определения: теплопроводность, Тема 2.5 Теп-

О З О О З О З

Тема 2.6 Основы массообмена.

Тема 2.7 Осно- Раздел 3 Энергоиспользование Тема 3.2 Теплогенерирующие Тема 3.4 Применение теплоты в отрасли на окружающей среды

О З О О З О З

Тема 3.7 Основы энергосбережения. Основные (Числитель – ускоренная форма обучения, знаменатель – обычная форма обучения).

4.2 Содержание разделов и тем дисциплины

ЧЕТВЁРТЫЙ / ПЯТЫЙ СЕМЕСТР

Раздел 1 Термодинамика Тема 1.1 Основные понятия и определения [Предмет термодинамики и её методы.. Термодинамическая система. Рабочее тело.] Основные термодинамические параметры состояния. Функции состояния. Понятие идеального газа. [Основные законы идеальных газов.] Уравнение состояния идеального газа.

[Тема 1.2 Смеси рабочих тел] Смеси газов. Массовые, объёмные и молярные доли. Парциальное давление, парциальный объём. Кажущаяся молярная масса и газовая постоянная смеси.

Тема 1.3 Законы термодинамики [Термодинамический процесс. Обратимый и необратимый процесс. Теплота и работа как формы передачи энергии.] Полная и внутренняя энергия. Работа процесса и располагаемая работа. Первый закон термодинамики. Теплоёмкость. [Истинная и средняя теплоёмкость. Изохорная и изобарная теплоёмкость. Определение теплоёмкости газов.] Энтальпия. Энтропия. [Круговые процессы (циклы).

Прямой и обратный цикл.] Термический КПД и холодильный коэффициент. Второй закон термодинамики.

Тема 1.4 Термодинамические процессы и циклы Политропный, адиабатный, изотермический, изобарный, изохорный процессы. Их анализ. Идеальный цикл Карно и его свойства.

Тема 1.5 Реальные газы и пары. Фазовые переходы Качественная особенность реальных газов. Уравнение состояния реального газа. Фазовая диаграмма вещества. Фазовые превращения.

Процесс образования водяного пара при постоянном давлении. Теплота парообразования. Характерные состояния водяного пара. Диаграммы воды и водяного пара p – v, T – S, H – S. Таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара. Определение параметров воды и водяного пара. Основные свойства и характеристики влажного воздуха.

Тема 1.6 Циклы теплосиловых установок Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания. Циклы газотурбинных установок. Циклы паросиловых установок. Цикл паровой холодильной установки.

Тема 1.7 Термодинамика потоков Уравнение первого закона термодинамики для потока. Истечение и дросселирование. Сжатие газов в компрессорах.

Тема 1.8 Основы химической термодинамики Химическое равновесие. Тепловой эффект реакции. Основное уравнение термодинамики в термохимии. [Закон Гесса. Химическое сродство. Третий закон термодинамики.] Тема 1.9 Термодинамический анализ теплотехнических устройств Анализ обратимых и реальных циклов. [Эксергетический метод.

Энтропийный метод.]

ПЯТЫЙ /ШЕСТОЙ СЕМЕСТР

Раздел 2 Теория теплообмена Тема 2.1 Основные понятия и определения: теплопроводность, конвекция, излучение.

[Теплообмен в энергетике. Способы передачи теплоты. Физические принципы процессов теплообмена.] Тема 2.2 Стационарная теплопроводность Основные понятия: температурное поле, температурный градиент, тепловой поток, плотность теплового потока. Закон Фурье.

[Дифференциальное уравнение теплопроводности. Теплопроводность плоской и цилиндрической стенки.] Тема 2.3 Конвективный теплообмен [Понятие о тепловом и гидродинамическом пограничных слоях.] Закон Ньютона. Коэффициент теплоотдачи. [Теория подобия в экспериментальных исследованиях конвективного теплообмена.] Теплоотдача при вынужденном и свободном движении теплоносителя.

[Теплоотдача при кипении и конденсации.] Тема 2.4 Теплообмен излучением Основные законы теплового излучения. [Особенности излучения и поглощения газов и паров.] Тема 2.5 Теплопередача. Интенсификация теплообмена Сложный теплообмен. Теплопередача через плоские [и цилиндрические] стенки. Коэффициент теплопередачи. [Тепловая изоляция.

Критический диаметр изоляции. Оребрение поверхностей.] Тема 2.6 Основы массообмена. Тепломассообменные устройства Основные закономерности массопереноса. Коэффициенты переноса теплоты и вещества. Конструкция и область использования тепломассообменных устройств.

Тема 2.7 Основы расчёта теплообменных аппаратов Основные положения теплового расчёта. [Средний температурный напор. Конструктивный и поверочный расчёты.] Раздел 3 Энергоиспользование Тема 3.1 Топливо и основы горения Виды топлив, элементарный состав и технические характеристики. [Гомогенное и гетерогенное горение, стехиометрические уравнения реакции горения, коэффициент избытка воздуха.] Тема 3.2 Теплогенерирующие устройства Общие сведения. Типы теплогенерирующих устройств. [Выработка теплоты на тепловых электрических станциях и промышленных котельных. Принципиальные схемы электростанций для выработки тепла и электроэнергии (ТЭЦ).] Тема 3.3 Холодильная и криогенная техника Промышленные, транспортные и бытовые холодильные установки, классификация холодильных установок и станций. Понятие «криогеника» и область применения криогенной техники. [Способы получения сверхнизких температур.] Тема 3.4 Применение теплоты в отрасли Получение и использование теплоты на судах и предприятиях водного транспорта. Эффективность использования теплоты.

[Тема 3.5 Охрана окружающей среды] Виды загрязнений окружающей среды от работы теплоэнергетического оборудования. Требования контролирующих органов. Методы снижения вредного воздействия на окружающую среду.

Тема 3.6 Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) Виды ВЭ, их источники.

Тема 3.7 Основы энергосбережения Основные направления экономии энергоресурсов. [Направления использования ВЭР: утилизационные установки высоко – и низкопотенциальной теплоты, разработка новых энергетических установок.]

5 ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

№ раздела Наименование лабораторных работ Те Тема 1.1 Основные термодинамические параметры состояния. Уравнение состояния рабочего тела. (Определение параметров на лабораторных установках) Тема 1.3 Анализ взаимного преобразования теплоты и работы.

(Экспериментальное определение теплоёмкости Тема 1.4 Анализ изменения параметров идеальных газов в Тема 1.5 Определение температур фазовых переходов Тема 1.6 Циклы теплосиловых установок Тема 1.7 Определение скорости истечения газа на выходе из Тема 1.9 Анализ путей повышения эффективности теплосиловых установок Тема 2.2 Определение коэффициента теплопроводности вещества Тема 2.3 Использование критериальных зависимостей при Тема 2.4 Оценка лучистой составляющей теплового потока Тема 2.5, 2.7 Оценка эффективности теплообменного аппарата Тема 3.1 Определение характеристик топлива Тема 3.2 Определение с натурными образцами теплогенерирующих устройств Тема 3.3 Ознакомление с конструктивными элементами холодильной и криогенной техники

6 ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

Не предусмотрены

7 КУРСОВАЯ РАБОТА

(темы) дисципли- проектированию (работе) Тема 1.4 Выдача заданий на курсовую работу, объяснение по объёму, содержанию курсовой работы.

Тема 1.6 Циклы теплосиловых установок.

Тема 1.7 Рабочие процессы многоступенчатого компрессора

8 САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

8.1 Расчётно-графические работы, рефераты, контрольные работы (темы) дисциплины Раздел Темы 1.2; 1.3; 1.4; 1.5; РГР-1. Основные законы термодинамики Темы 1.6; 1.7 РГР-2. Анализ процессов в компрессорах и (Числитель – ускоренная форма обучения, знаменатель – обычная форма обучения).

8.2 Цель, содержание и структура курсовой работы С целью закрепления теоретического материала, приобретения навыков анализа термодинамических процессов и циклов тепловых двигателей и установок в рассматриваемой дисциплине выполняется курсовая работа.

Каждому студенту предлагается индивидуальное задание, в котором предусматриваются расчёты и анализ различных термодинамических процессов, рабочего процесса компрессорной машины, циклов тепловых двигателей и установок.

Содержание курсовой работы, её структура и часы самостоятельной работы представлены нижеприведённой таблицей.

3Анализ

9 УЧЕБНО-МЕДОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ДИСЦИПЛИНЫ

9. 1 Рекомендуемая литература a) Основная литература 1 Техническая термодинамика. Под редакцией В.И. Крутова. – М.: Высшая школа, 1991. – 384 с.

2 Селиверстов В.М., Бажан П.И. Термодинамика, теплопередача и теплообменные аппараты. – М.: Транспорт, 1988. – 287 с.

3 Теплотехника. Под общей редакцией В.И. Крутова. – М.: Машиностроение, 1985, -- 432 с.

4 Термодинамика судовых энергетических установок. Под редакцией В.М. Селиверстова. – М.: Транспорт, 1974. – 276 с.

б) Дополнительная литература 5 Сисин В.Д. Термодинамика и теплопередача. Контрольные задания и методические указания по их выполнению. – Новосибирск, 2001. – 33 с.

6 Сисин В.Д. Анализ термодинамических процессов и циклов в тепловых двигателях и установках. Методические указания по выполнению курсовой работы. – Новосибирск, 2001. – 15 с.

7 Колпаков Б.А. Теплотехнические свойства веществ. Справочник. – Новосибирск, 199. -- 36 с.

9. 2 Средства обеспечения освоения дисциплины Плакаты, тестовые карты.

МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ДИСЦИПЛИНЫ

Лаборатория теплотехники, оборудованная стендами и приборами для проведения перечисленных лабораторных работ; лаборатория вспомогательных механизмов, действующие установки которых используются для выполнения лабораторных работ.

11 МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В библиотеке академии и на кафедре имеются необходимые методические указания по всем видам учебных занятий и самостоятельной работы.

12 ФОРМЫ КОНТРОЛЯ Для обучающихся по ускоренной форме:

в четвёртом семестре зачёт по выполненным лабораторным работам и РГР; в пятом семестре – экзамен при условии получения зачёта по кафедре.

Защиту курсовой работы в пятом семестре до экзаменационной сессии.

Для обучающихся по обычной форме:

в пятом семестре экзамен при условии получения зачёта по кафедре; в шестом семестре – защита курсовой работы, зачёт по теоретическому материалу при условии получения зачёта по кафедре (лабораторные работы, РГР).

Экзамены проводятся по экзаменационным билетам.

Для заочного отделения экзамен и защита курсовой работы на курсе.

СВЕДЕНИЯ О КОРРЕКТИРОВКАХ УЧЕБНОЙ

ПРОГРАММЫ

КОРРЕКТИРОВКА УЧЕБНОЙ

ПРОГРАММЫ ДИСЦИПЛИНЫ

240500 «Эксплуатация судовых энергетических установок»