Рабочая программа дисциплины “техническая термодинамика и теплотехника” для специальности 271500 «Пищевая биотехнология», Направление 655500 -«Биотехнология»

скачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ

АКАДЕМИЯ

Кафедра промышленной энергетики

«УТВЕРЖДАЮ»

Декан факультета ПБ

проф.__________ Востриков С.Г.

“_____“_____________2004 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

ДИСЦИПЛИНЫ

“ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕПЛОТЕХНИКА”

для специальности 271500 - «Пищевая биотехнология»,

Направление 655500 -«Биотехнология»

Программа рассмотрена

на заседании кафедры промэнергетики, протокол № от «__»_________2004г.

Заведующий кафедрой промэнергетики проф. Харин В.М.

на заседании методической комиссии по образованию в области

технологии сырья и продуктов животного происхождения

протокол № от 2004г.

Председатель методической комиссии

к.т.н., доц. Батищева Л.В

«СОГЛАСОВАНО»

Зав. кафедрой технологии мяса и мясных продуктов

д.т.н., профессор Антипова Л.В.

Воронеж

2004

Цели и задачи дисциплины

Задача использования различных видов энергии на пищевых предприятиях в комплексе с экологическими проблемами является чрезвычайно актуальной. В этой связи возникает необходимость более фундаментальной энергетической подготовки инженера -технолога. Теоретической основой энергетики является термодинамика.

Целью дисциплины является подготовка специалистов неэнергетического профиля, владеющего навыками грамотной эксплуатации современного теплового и холодильного оборудования в выбранной отрасли производства при максимальной экономии тепловой энергии, топлива и сырья, выявления и использования вторичных энергоресурсов.

К основным задачам дисциплины можно отнести усвоение основных понятий и законов термодинамики, теоретических основ термодинамических процессов и циклов (прямых и обратных), основных сведений по теплотехническим установкам.

Главной базовой дисциплиной курса термодинамики и теплотехники является физика, широко используется математика, в том числе дифференциальные уравнения в частных производных.

Курс термодинамики и теплотехники играет существенную роль в общеинженерной подготовке студентов, знание курса необходимо при изучении последующих дисциплин и спецкурсов,

2.Требования к уровню освоения содержания дисциплины. В результате изучения дисциплины студент должен знать:

- основные проблемы научно-технического развития современной энергетики;

-теоретические основы теплотехники, процессов и устройств, в которых происходит преобразование тепловой энергии в механическую или электрическую;

-физическую сущность рабочих процессов в компрессорах, теплосиловых и холодильных установках.

Студент должен уметь:

-проводить термодинамический анализ тепловых процессов и установок и оценивать эффективность их работы.

Объемы дисциплины и виды учебной работы

^ Виды учебной работы	Всего час. 5 семестр
Общая трудоемкость дисциплины	102
В том числе Аудиторные занятия	51
Лекции	17
Практические занятия	17
Лабораторные занятия	17
Самостоятельная работа	51
Проработка конспектов лекций	17 х 0.25=4.25
Проработка материалов по учебнику	264/16 х 1 =16.5
Выполнение расчетов для РПР	16 х 0.91 =14.56
Оформление текстов РПР	11х0.25=2.75
Выполнение расчетов для лабораторных работ	10х0.91=9.1
Оформление текстов лабораторных работ	15х0.25=3.75
Всего	102
Дисциплина входит в цикл	ОПД
Итоговая форма контроля	экзамен

Содержание дисциплины.

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий

№ темы	Темы	Лекции	Лабораторные занятия
1	2	4	5
1	Введение. Основы термодинамики открытых систем	2	4
2	Анализ основных процессов в открытых системах. Турбина и компрессор	2	4
3	Эжекторы и сопла	2	4
4	Высокотемпературные установки	2	4
5	Прямые термодинамические циклы	4	8
6	Обратные термодинамические циклы	3	6
7	Основы термодинамики неравновесных процессов	2	4

4.2. Содержание разделов дисциплины

Введение.

Техническая термодинамика, ее место и роль в подготовке инженерных кадров. Связь дисциплины с другими отраслями знаний. Исторические этапы развития, роль термодинамики в научно-техническом прогрессе. Основные задачи курса.

Тема 1. Основы термодинамики открытых систем.

Предмет технической термодинамики и ее метод. Термодинамическая система, рабочее тело и внешняя среда. Открытая термодинамическая система. Основные параметры состояния рабочего тела. Термодинамический процесс (равновесный и неравновесный, обратимый и необратимый). Понятие об обратимом круговом процессе. Теплота и работа как формы энергетического взаимодействия рабочего тела и внешней среды.

Идеальный и реальный газы. Уравнения состояния идеального и реального газов. Определение газовой смеси. Способы задания газовых смесей, соотношения между массовыми и объемными долями, вычисления параметров состояния смеси, определение парциальных давлений, кажущейся молярной массы смеси и газовой по

Тема 2 Анализ основных процессов в открытых системах. Турбина и компрессор.

Поршневой компрессор. Принцип действия. Работа, затрачиваемая на привод компрессора. Изотермическое, адиабатное и политропное сжатия. Изображение в p-v и T-s координатах процессов, протекающих в компрессоре. Относительный внутренний КПД компрессора. Многоступенчатые компрессоры.

Паровые и газовые турбины. Классификация турбин.

Тема 3. Эжекторы и сопла

Основные положения. Уравнение первого закона термодинамики для потока и его анализ. Располагаемая работа и скорость истечения. Секундный расход при истечении. Критическое отношение давлений. Сопло Лаваля. Теоретический и действительный процессы истечения водяного пара в i-s диаграмме.

Дросселирование газов и паров. Сущность процесса и его уравнение.

Тема 4. Высокотемпературные установки.

Термические печи. Тепловой баланс печи. Получение пара высоких параметров. Котельный агрегат. Тепловой баланс котельного агрегата.

Тема 5. Прямые термодинамические циклы

Циклы двигателей внутреннего сгорания. Принцип работы поршневого двигателя внутреннего сгорания. Классификация ДВС. Циклы Отто, Дизеля, Тринклера-Сабатэ. Построение циклов в термодинамических диаграммах. Определение коэффициентов полезного действия. Циклы газотурбинных установок. Изображение циклов в p-v и T-s диаграммах. Основные характеристики цикла. Анализ циклов. Термический КПД цикла теплового двигателя. Методы повышения КПД.

Тема 6. Обратные термодинамические циклы

Циклы холодильных установок. Холодильный коэффициент и холодопроизводительность. Циклы паровой компрессорной установки. Характеристика холодильных агентов. Расчет холодильного цикла. Понятие о пароэжекторных холодильных установках.

Тема 7. Основы термодинамики неравновесных процессов

Сущность второго закона термодинамики. Основные формулировки второго закона термодинамики. Термодинамические циклы тепловых машин. Прямые и обратные циклы. Термический КПД. Цикл Карно и его свойства. Аналитическое выражение второго закона термодинамики. Изменение энтропии в необратимых процессах. Методы термодинамического анализа систем. Энтропийный метод и его сущность.

5. Лабораторные занятия

№	№ раздела	Тема лабораторного занятия
1	1	Определение удельной теплоемкости воздуха.
2	2		Определение газовой постоянной воздуха.
3	3		Исследование процесса адиабатного истечения через диафрагму
4	5	Определение удельной теплоты парообразования
5	4	Определение степени черноты твердого тела.
6	1	Определение коэффициента теплопроводности методом цилиндрического слоя.
7	7	Определение коэффициента теплоотдачи при естественной конвекции
8	6	Определение относительной влажности воздуха.

Формы и содержание текущего, промежуточного и итогового контроля

6.1 Текущий контроль - опрос на лабораторных и практических занятиях с целью определения уровня усвоения знаний студентами и определение рейтинга.

6.2 Промежуточный контроль - проверка выполнения РПР.

6.3 Итоговый контроль – экзамен.

6.4 Вопросы к экзамену

Что является предметом технической термодинамики?
Что понимается под терминами «термодинамическая система» и «внешняя среда»?
Какими свойствами может обладать термодинамическая система?
Когда термодинамическая система может быть названа равновесной?
Определите виды взаимодействия системы с внешней средой.
Как определяется количество воздействия того или иного вида?
Что такое потенциалы и координаты взаимодействия?
Дайте определение внутренней энергии системы.
От каких параметров зависит внутренняя энергия идеального газа?
Какими параметрами определяется состояние термодинамической системы?
Что такое «рабочее тело», какие модели рабочего тела используются в термодинамике?
Как связаны параметры состояния идеального газа?
Газовая постоянная, ее физический смысл, размерность. Универсальная газовая постоянная.
Способы задания смеси газов. Закон Дальтона и закон Амага.
Газовая постоянная смеси.
Что такое теплоемкость? Виды теплоемкости. Способы определения, размерность.
Обратимые и необратимые термодинамические процессы. Термодинамические диаграммы p-v b T-s. Физический смысл площадей в термодинамических диаграммах.
Первый закон термодинамики, его формулировка и математическая запись.
Внутренняя энергия, теплота, работа.
Термодинамические процессы идеальных газов (изохорный, изобарный, изотермический, адиабатный и политропный).
Стационарное истечение газов. Адиабатное истечение через суживающееся сопло. Скорость истечения, расход. Коэффициент скорости, коэффициент сужения струи, коэффициент расхода.
Переход через скорость звука. Сопло Лаваля.
Принцип действия эжектора.
Дросселирование газов и паров. Уравнение процесса дросселирования.
Цикл Карно. КПД цикла Карно.
Второй закон термодинамики, его основные формулировки.
Уравнение Больцмана.
Термодинамические диаграммы водяного пара, изображение в них основных процессов водяного пара
Одноступенчатый поршневой компрессор. Объемный КПД.
Циклы теплосиловых установок. Оценки эффективности циклов.
Цикл Отто, его к.п.д.
Цикл Дизеля, его к.п.д.
Цикл Тринклера-Сабатэ, его к.п.д.
Циклы ГТУ.
I-s – диаграмма водяного пара
Цикл Ренкина.
Цикл Ренкина с перегревом пара.
Способы повышения КПД теплосиловых установок.
Обратные циклы. Эффективность обратного цикла.
Цикл парокомпрессионной холодильной установки.
I-d-диаграмма влажного воздуха.

6.5 Темы РПР

Расчетно-практическая работа включает в себя три задачи из разделов:

Состояние идеальных газов.
Процессы идеального газа.
Расчет цикла теплосиловой или холодильной установки.

7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

7.1. Основная литература

Баскаков А.П. Теплотехника. –М.: Энергоатомиздат, 1991.
Юдаев Б.Н. Техническая термодинамика и теплопередача. – М.:ВШ, 1988.360 с. с илл.
Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. -М.: Наука, 1979. ё
Теплотехника/ под общ. ред. В. И. Крутова. – М.:Машиностроение, 1986. 472 с. с илл.

7.2. Дополнительная литература

Новиков И.И. Термодинамика. – М,: Машиностроение, 1984.
Андрющенко А.И. Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок. – М.: ВШ, 1985.
Делягин Г.А., Лебедев В.И., Пермяков Б.А. Теплогенерирующие установки. М.: Стройиздат, 1986.

7.3. Методические материалы преподавателю

Для наиболее успешного усвоения курса должна быть правильно организована самостоятельная работа студентов (СРС).

СРС организуется в соответствии с положением вуза и включает аудиторные и внеаудиторные занятия.

Используемые формы и виды СРС:

Внеаудиторные

7.3.1. Работа с дополнительной литературой по углубленному изучению тем по заданию преподавателя, составление рефератов на основе анализа патентной и периодической литературы

7.3.2. Ответы на контрольные вопросы по изучаемым разделам при освоении теоретического материала.

7.3.4.Подготовка к промежуточному контролю и окончательной аттестации.

Аудиторные

7.3.5. Выполнение индивидуальных научно-исследовательских работ (в соответствии с данной программой и в соответствии с научным направлением кафедры).

7.3.6. Учебно-исследовательские работы в соответствии с программой.

При изложении лекционного материала преподаватель пользуется конспектом лекций по термодинамике, теплопередаче и теплоиспользующим установкам (рукопись), а также учебниками, рекомендуемыми в п. 7.1, 7.2.

7.4. Обучающих, контролирующих и расчетных программ по дисциплине «Техническая термодинамика и теплотехника» нет.

Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по специальности подготовки дипломированного специалиста 271500 «Прикладная биотехнология»