Основи технічної термодинаміки

Міністерство освіти і науки України

Харківський торговельно-економічний інститут

Київського національного торговельно-економічного університету

Кафедра технології та організації ресторанного бізнесу

Методичні вказівки

Для самостійної роботи студентів денної і заочної форми навчання

з навчальної дисципліни „ Теплотехніка.”

 

для студентів напряму підготовки 6.951701 «Харчова технологія та інженерія» галузі знань 0517 «Харчова промисловість та переробка сільськогосподарської продукції» що здобувають освітньо-кваліфікаційний рівень “бакалавр”.

Упорядник: к.т.н., доц. Мартиненко Л.Г.

 

                                        Затверджена

                                                     на засіданні кафедри

                                                               протокол № 1 від 28.08.09

Харків 2009

Передмова

Теплотехніка –галузь техніки, яка виробляє, транспортує, перетворює та використовує тепло. Ці процеси базуються на теоретичних основах термодинаміки та теплопередачі.

Мета викладання дисципліни полягає в підготовці студентів для вивчення ними спеціальних дисциплін:  «Устаткування ПРГ», «Процеси і апарати Харчових виробництв». Для цього в курсі "Теплотехніка" вивчаються основні закони технічної термодинаміки та теорії теплообміну, які необхідні для розрахунків режимів роботи та конструювання теплових та ходильних машин, а також для їх експлуатації на підприємствах масового харчування. Крім того, знання одержані в курсі "Теплотехніка" необхідні для розробки технологічних процесів теплової обробки харчових продуктів.

Крім того, для розв'язання технічних задач інженер повинен вміти користуватись існуючими програмними засобами і вміти створювати нові.

Треба звернути увагу ще на один момент. Сьогодні, коли комп'ютер проник у всі області життя і виробництва, а його можливості з кожним днем поширюються, у віртуальному світі можна одержати будь-які непередбачені результати. Знання фізичних законів, вміння грамотно сформулювати задачу і її граничні умови дають можливість спеціалісту відрізнити правдоподібний результат від фантастичного.

 

 

1 Програма з навчальної дисципліни „ Теплотехніка”

МЕТА ТА ЗАВДАННЯ ДИСЦИПЛІНИ

МЕТА ВИКЛАДАННЯ ДИСЦИП

Мета викладання дисципліни полягає в підготовці студентів для вивчення ними спеціальних дисциплін - технології виробництва, процесів, апаратів, теплового та холодильного обладнання підприємств масового харчування. Для цього в курсі "Теплотехніка" вивчаються основні закони технічної термодинаміки та теорії теплообміну, які необхідні для розрахунків режимів роботи та конструювання теплових та ходильних машин, а також для їх експлуатації на підприємствах масового харчування. Крім того, знання одержані в курсі "Теплотехніка" необхідні для розробки технологічних процесів теплової обробки харчових продуктів.

ЗАВДАННЯ ДИСЦИПЛІНИ

В наслідок вивчення курсу студент повинен знати:

теплотехнічні закони та методи досліджень теплових явищ та процесів принципи дії та галузі використання теплових та холодильних машин; теплотехнічну термінологію та символіку.

Студент повинен вміти:

розв'язувати типові задачі;

проводити типові інженерні розрахунки, пов'язані з майбутнім фахом;

користатися лабораторними приладами та обладнанням для вимірювання теплотехнічних параметрів.

 

Зміст навчальної дисципліни

Модуль 1

Вступ

Предмет теплотехніки, її місце і роль  для спеціальності 6.091700 „Технологія харчування Історичний розвиток та проблеми сучасної теплотехніки  у зв'язку із розвитком нової техніки і технології. Проблема економії палива і зниження норм витрати теплоти. Охорона навколишнього середовища.

 

Основи технічної термодинаміки

 

Основні поняття і визначення. Предмет технічної термодинаміки. Теплота і робота як форми передачі енергії. Робоче тіло. Основні параметри стану газу: тиск, температура, питомий об'єм. Поняття про ідеальний і реальний гази. Рівноважний і не рівноважний стан. Рівняння стану ідеального газу. Термодинамічний процес. Рівноважні і не рівноважні процеси. Оборотні і необоротні процеси. Круговий процес.   

Газові суміші: способи задання газових сумішей, співвідношення між масовими і об'ємними долями, обчислення параметрів стану суміші, визначення молекулярної маси і газової сталої суміші, визначення парціальних тисків.

Теплоємність. Масова, об'ємна та мольна теплоємності. Теплоємність при постійному тиску і об'ємі. Температурна залежність теплоємності. Середня та істинна теплоємності. Теплоємність суміші ідеальних газів.     

Перший закон термодинаміки. Сутність першого закону термодинаміки. Якісне та кількісне вираження першого закону термодинаміки. Вираження роботи і теплоти через термодинамічні параметри стану. Внутрішня енергія. Ентальпія. Перший закон термодинаміки для кругових процесів.

Термодинамічні процеси. Основні термодинамічні процеси зміни стану газу: ізохорний, ізобарний, ізотермічний і адіабатний, їх рівняння, зв'язок між параметрами стану газу, зміна внутрішньої енергії, величина зовнішньої роботи і кількість підведеної теплоти на здійснення процесу або кількість відведеної теплоти. Процеси в координатах Р-V і Т-s. Політропний процес і його узагальнене значення.

 Другий закон термодинаміки. Сутність другого закону термодинаміки. Основні формулювання другого закону термодинаміки. Термодинамічні цикли теплових машин. Прямі і зворотні цикли. Термічний ККД; цикл Карно та його термодинамічне значення. Математичне вираження другого закону термодинаміки. Ентропія.

Реальні гази. Водяна пара Основні поняття і визначення. Процеси   пароутворення в Р-V і Т-s діаграмах. Три стадії одержання водяної пари Термодинамічні таблиці води і водяної пари, h-s діаграма водяної пари.

Розрахунок термодинамічних процесів водяної пари за допомогою таблиці h-s.                                                                                                   Термодинаміка потоку і дроселювання газів і пари. Рівняння першого закону термодинаміки для потоку, його аналіз. Витікання газів і пари Поняття про соплову і дифузорну течію газу. Адіабатні течії. Швидкість адіабатної течії. Зв'язок критичної швидкості витікання із місцевою швидкістю поширення звуку. Критичне відношення тисків. Розрахунок швидкості витікання і секундної масової витрати для критичного режиму. Умови переходу через критичну швидкість. Сопло Лаваля. Визначення швидкості витікання пари за допомогою h-s  діаграми. Термодинамічний аналіз процесів у компресорах Класифікація компресорів. Принцип дії поршневого компресора. Індикаторна діаграма. Ізотермічний, адіабатний і політропний стиск Зображення в  Р-V і Т-s діаграмах термодинамічних процесів, які протікають в  компресорах.                     Термодинамічні цикли силових установок Цикли двигунів внутрішнього згоряння. Цикли газотурбінних установок. Аналіз циклів. Зображення циклів у  Р-V і Т-s  координатах. Термічний ККД циклу. Внутрішній відносний і внутрішній абсолютний ККД циклу. Шляхи підвищення ККД. Порівняння циклів двигунів внутрішнього згоряння.

 

Основи теорії теплообміну .

Теплопровідність Види теплообміну. Основний закон теплопровідності.. Закон Фур'є. Коефіцієнт теплопровідності Передача теплоти теплопровідністю через плоску і циліндричну стінки при стаціонарному режимі і граничних умовах І і III-роду. Коефіцієнт теплопередачі..

Конвективний теплообмін. Закон Ньютона. Коефіцієнт тепловіддачі. Відомості про теорію подібності. Критеріальні рівняння для визначення
коефіцієнта тепловіддачі.

Теплове випромінювання. Основні закони випромінювання. Теплообмін випромінювання між тілами, які роз'єднані прозорим середовищем.

Тепловіддача. Тепловіддача у однофазному середовищі. Тепловіддача при вимушеної течії рідини у трубах. Тепловіддача при поперечному обтіканні труб. Тепловіддача при вільному руху рідини. Тепловіддача при фазових переходах. Тепловіддача при кипінні. Тепловіддача при конденсації.

Теплопередача. Теплопередача при змінних температурах, баланс теплопередачі при змінних температурах. Основні схеми руху і теплообміну потоків теплоносіїв. Рівняння теплопередачі при змінних температурах  для теплового  потоку. Середньо логарифмічний температурний, напір.

Модуль 2