Содержание разделов дисциплины

Введение

Предмет теплотехники, его место и роль в подготовке выпускника инженерного факультета. Связь теплотехники с другими дисциплинами учебного плана. Основные исторические этапы становления теплотехники, роль теплотехники в научно-техническом прогрессе. Значение теплотехники в сельскохозяйственном производстве. Проблема экономии топливно-энергетических ресурсов, защита окружающей среды. Основные задачи курса.

Раздел I. Основы технической термодинамики

Тема 1. Законы термодинамики

Предмет технической термодинамики и ее методы. Термодинамическая система. Состояния системы. Основные параметры состояния. Понятие термодинамического процесса. Энергия системы. Теплота и работа как формы передачи энергии. Внутренняя энергия. Энтальпия. Первый закон термодинамики, его сущность и формулировки. Аналитическое выражение первого закона термодинамики. Второй закон термодинамики, его сущность и основные формулировки. Аналитическое выражение второго закона термодинамики. Энтропия. Изменение энтропии в обратимых и необратимых процессах. Понятие цикла и его термического КПД.

Тема 2. Свойства рабочих тел

Газ как рабочее тело. Уравнение состояния идеального газа. Газовые смеси. Способы задания состава газовых смесей. Определение кажущейся молярной массы и газовой постоянной смеси. Теплоемкость. Массовая, объемная и молярная теплоемкости. Теплоемкость при постоянном объеме и давлении. Зависимость теплоемкости от температуры. Средняя и истинная теплоемкости. Теплоемкость смеси газов. Термодинамические процессы, методы их исследования. Политропные процессы. Термодинамический анализ политропного процесса. Термодинамический анализ изопараметрических процессов: изохорного, изобарного, изотермического, адиабатного. Характерные группы термодинамических процессов. Диаграммы состояния. Реальные газы и пары. Фазовые переходы. Водяной пар как рабочее тело. Процессы парообразования в pv и Ts-координатах.

Тема 3. Термодинамика движущегося газа

Особенности движения идеального газа. Уравнение энергии потока газа. Уравнение скорости движения. Параметры торможения. Критические параметры. Движение газа по каналам. Секундный массовый расход газа в каналах. Сопла и диффузоры. Характер изменения параметров по длине сопла. Дросселирование газов, изменение параметров в процессе дросселирования. Понятие об эффекте Джоуля-Томпсона. Температура инверсии. Практическое использование процесса дросселирования.

Раздел II. Основы теории теплообмена

Тема 4. Теплопроводность

Основные понятия и определения. Виды теплообмена. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Условия однозначности. Коэффициент температуропроводности. Стационарная теплопроводность. Теплопроводность однослойной и многослойной плоской и цилиндрической стенок. Понятие о нестационарной теплопроводности.

Тема 5. Конвективный теплообмен

Сущность конвективного теплообмена. Уравнение Ньютона-Рихмана. Коэффициент теплоотдачи, факторы на него влияющие. Методы определения коэффициента теплоотдачи. Основы теории теплового подобия. Правила подобия. Критерии теплового подобия, их смысл. Критериальные уравнения. Теплоотдача при свободном и вынужденном движениях теплоносителя. Понятие о теплоотдаче при изменении агрегатного состояния теплоносителя.

Тема 6. Лучистый теплообмен

Сущность теплообмена излучением. Законы теплового излучения. Теплообмен излучением между телами, разделенными прозрачной средой. Излучение газов. Теплообмен излучением в топках и камерах сгорания. Защита от излучения.

Тема 7. Теплопередача

Сложный теплообмен. Уравнение теплопередачи. Коэффициент теплопередачи. Теплопередача через плоскую, цилиндрическую и оребренную стенки. Интенсификация теплопередачи. Тепловая изоляция. Назначение, классификация и схемы теплообменных аппаратов. Основы расчета теплообменных аппаратов. Средний температурный напор.

Раздел III. Теплотехническое обеспечение объектов обитания сельскохозяйственного назначения

Тема8. Пар и влажный воздух

Влажный воздух. Основные величины, характеризующие состояние влажного воздуха. Диаграмма id влажного воздуха. Расчет процессов обработки влажного воздуха.

Тема 9. Топливо и основы горения

Понятие топлива. Элементарный состав компонентов топлива и условная химическая формула. Стехиометрическое соотношение компонентов топлива. Коэффициент избытка окислителя. Энергетические характеристики топлив. Механизм горения и воспламенения топлив. Особенности сжигания гомогенных и гетерогенных топлив. Экологические проблемы сжигания топлив. Пути экономии топлив. Альтернативные горючие.

Тема 10. Теплоэнергетические установки

Термодинамические циклы тепловых машин, оценка их эффективности. Идеальный цикл Карно. Циклы ДВС с изохорным и изобарным подводом тепла. Цикл со смешанным подводом тепла. Термический КПД циклов, их сравнительный анализ. Цикл газотурбинной установки (ГТУ) при изобарном подводе теплоты и его термический КПД. Принципиальная схема паросиловой установки.

Классификация компрессоров. Одноступенчатый поршневой компрессор (ОПК), его принцип действия и показатели. Идеальный и действительный циклы ОПК. Работа сжатия. Многоступенчатое сжатие. Распределение давления по ступеням поршневого компрессора. Мощность компрессора. Особенности работы динамического компрессора.

Принцип получения низких температур. Обратный цикл Карно. Типы холодильных установок. Хладагенты. Холодильный коэффициент и холодильная мощность. Цикл воздушной холодильной установки. Паровая компрессорная холодильная машина, ее принцип работы и цикл. Понятие о тепловых насосах.