1481. Рабочая программа дисциплины опд. Ф. 07 «Перенос энергии и массы, основы теплотехники и аэрогидродинамики» код и наименование

Федеральное агентство по образованию

Министерство образования и науки Российской Федерации

Орский гуманитарно-технологический институт

филиал государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Орск 200 7

ББК 34.41

Б 332

УДК 621.01

Рецензент: к.техн.н. доцент В.П.Суетин

Б 332 Рабочая программа дисциплины «Перенос энергии и массы, основы теплотехники и аэрогидродинамики» / сост. к.т.н. доц. О.С. Ануфриенко Орск: ОГТИ 2007, 25с.

Предназначена для преподавания дисциплины общепрофессиональной подготовки студентам специальности 150501 120800 всех форм обучения: очной формы обучения в 7-м семестре, очной формы обучения по сокращенным программам в 5-м семестре, заочной формы обучения в 8-м семестре, заочной формы обучения по сокращенным программам в 7-м семестре.

Рабочая программа составлена в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования введенным в действие с 27.03.2000 №254 тех/дс Министерства образования РФ

Составитель к.т.н. доцент О.С. Ануфриенко

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры общепрофессиональных дисциплин от 12.12.07г. протокол №4

Зав. кафедрой Е.В. Баширова

Согласовано

Председатель методической

комиссии по специальности

150501 120800 д.хим.н. профессор В.И.Грызунов

2702020000 ББК 34.41

Р ——————— ? Ануфриенко О.С. 2007

Общая теплотехника-М.М.Хазен Москва 1965 стр.415

ПРЕДИСЛОВИЕ

«Общая теплотехника» изучается при подготовке инженеров самых разнообразных специальностей. Часто в пределах одного ВУЗа можно встретить значительное количество специальностей с разным отраслевым уклоном, где теплотехника представлена в той или иной мере. Разнообразными являются не только специальности но и время, отведенное в учебном плане, и место по последовательности изложения отдельных дисциплин, определяющих уровень общетехнического развития студента. Все это создает известные трудности при написании учебника общей теплотехники.

Авторы поставили перед собой цель создать книгу небольшого объема, которая содержала бы расширенный круг вопросов, приемлемый для наибольшего количества специальностей, сохраняя при этом целостность характера изложения дисциплины. Естественно, книга должна по своему содержанию соответствовать общей тенденции к углублению знаний в области инженерного образования и современному состоянию науки.

Поставленная задача требует отказа от включения конкретных отраслевых материалов. Предполагается, что их изложение входит в обязанности и компетенцию лектора дисциплины, который также в зависимости от профиля и предоставленного времени сокращает и исключает определенные вопросы из рассмотрения.

Структура книги в практической части выдержана в соответствии с элементами теплосиловой установки. При этом каждый раздел представляет самостоятельную часть курса. Теория паровых, газовых турбин и турбокомпрессоров изложена с учетом общих принципов преобразования энергии в турбомашинах.

В специальном разделе рассмотрены вопросы экономичности теплосиловых установок и перспективы ее повышения

В книге Международная система единиц измерения СИ ГОСТ 9867 6П ппинята как основная.

Отдельные разделы книги написаны: М. М. X а з е н Введение.

Раздел первый. Техническая термодинамика.

J Раздел пятый. Тепловые турбомашины паровые и газовые турбины, турбокомпрессоры, вентиляторы .

Раздел шестой. Теплосиловые установки. Ф. П. Казакевич. Раздел второй. Теплопередача.

Раздел третий. Топливо, горение, котельные установки.

М. Е. Грицевский. Раздел четвертый. Поршневые машины

паровые машины, двигатели внутреннего сгорания, поршневые компрессоры .

Авторы выражают благодарность профессору Московского энер,-гетического института докт. техн. наук М. П. Вукаловичу, канд. техн. наук доценту того же института А. А. Александрову, коллективу кафедры теплотехники Московского текстильного института, сделавшим ценные замечания при рецензировании рукописи.

ВВЕДЕНИЕ

Создание теплотехники как науки тесно связано с изобретением паровой машины, положившей начало промышленному преобразованию природных тепловых ресурсов топлива, ядерного горючего, солнца и др. в работу. С этого времени основной областью исследований в теплотехнике была область повышения тепловой экономичности теплосиловых установок. В настоящее время, несмотря на высокий уровень энергетической техники, возможности повышения их тепловой экономичности еще далеко не исчерпаны.

Схема теплосиловой установки содержит несколько ступеней преобразования энергии. Сперва энергия первичных ресурсов передается так называемому рабочему телу пару либо газу , затем энергия рабочего тела превращается в механическую в тепловом двигателе . Далее происходит преобразование механической энергии в электрическую в электрическом генераторе .

Электрическая энергия как ступень в рассматриваемом преобразовании имеет значение, как энергия, используемая для целей транспортировки и распределения. Окончательно она преобразовывается непосредственно у потребителя в механическую работу с помощью электродвигателей или используется в зависимости от потребности по другому назначению. Внедрение электрической энергии во все отрасли народного хозяйства и быт, или электрификация нашей страны, имеет, как известно, большое народнохозяйственное и политическое значение. «Электрификация, являющаяся стержнем строительства экономики коммунистического общества, говорится в Программе КПСС, играет ведущую роль в развитии всех отраслей народного хозяйства, в обеспечении всего современного технического прогресса». Отсюда внимание, которое уделяется изучению и усовершенствованию электрической станции как теплосиловой установки для генерирования электрической энергии, вполне оправдано.

В некоторых случаях по техническим условиям в схеме тепло силовой установки отсутствует последнее звено преобразование в электрическую энергию, например, в транспортных установках, вспомогательных энергетических установках и др. где тепловой двигатель приводит в движение непосредственно исполнительный механизм колесо локомотива, винт судна, или рабочую машину насос, компрессор, вентилятор и др.

Советский народ успешно претворяет в жизнь ленинские идеи электрификации СССР. С каждым годом вырабатывается все больше электрической энергии, сооружается значительное количество новых мощных тепловых электростанций, завершается строитель-. ство новых линий электропередач.

Большие научно-технические задачи решаются на основе выдающихся достижений советской науки в области строительства паровых и газовых турбин, котлов и другого важнейшего тепло—технического оборудования.

Возникают и решаются новые проблемы, направленные к сокращению числа ступеней преобразования энергии и к прямому получению электрической энергии из тепла. Например, проблемы использования магнитно-гидродинамического генератора, прямого получения электрической энергии из топлива, преобразования энергии с применением полупроводниковых материалов и др.

Энергия природных энергетических ресурсов используется широко не только для преобразования в работу на тепловых электростанциях и другого рода теплосиловых установках, но и для преобразования в тепло, используемое непосредственно в самых разнообразных отраслях народного хозяйства

Изучение устройства тепловых машин и тепловых агрегатов, применяемых современной теплотехникой, процессов, происходя- щих в них, а также теоретических основ, которым последние подчинены, является предметом дисциплины общей теплотехники.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие. З

Раздел первый Техническая термодинамика

Глава 1. Общие сведения. Физические основы. 7

1. Предмет и метод технической термодинамики. 7

2. Основные параметры состояния рабочего тела. 9

3. Физическое состояние рабочих тел. Идеальный газ. 10 4. Уравнение состояния для однородного идеального газа. 12

5. Газовые смеси. 13

6. Приведение объемного расхода газа к условным параметрам. 15

7. Теплоемкость газа. 16

Глава П. Первый закон термодинамики. 19

8. Принцип эквивалентности тепла и работы. 19

9. Обратимые и необратимые процессы. 20

10. Аналитическое выражение первого закона термодинамики. 23 11. Выражение для работы изменения объема тела в процессе. 25

12. Изменение внутренней энергии рабочего тела. 28

13. Количество тепла в термодинамическом процессе при v const 30 | 14. Энтальпия рабочего тела. Количество тепла в термодинамическом процессе при р const. 31

15. Выражение первого закона термодинамики через энтальпию. 33 Глава III. Приложение первого закона термодинамики к термодинамическим процессам и течению газа. . 36

16. Обратимый изохорный процесс для идеального газа. 36 17. Обратимый изобарный процесс для идеального газа. 37 18. Обратимый изотермический процесс для идеального газа. 38

19. Адиабатный процесс для идеального газа. 39

20. Политропные процессы для идеального газа. 42

21. Адиабатный процесс истечения. 44

Глава IV. Второй закон термодинамики. 46

22. Круговой, или циклический процесс. 46

23. Цикл Карно. 50

24. Понятие об энтропии. 54

25. Изменение энтропии при необратимых процессах. 55 26. Аналитическое выражение второго закона термодинамики для

изолированной системы. 57

27. Тепловая Г «-диаграмма. 59

28. Работоспособность, или эксергия. 62

29. Применение работоспособности к изучению термодинамической

эффективности процессов теплосиловой установки. 65

Глава V. Процесс компрессорных машин. 70

30. Одноступенчатый компрессор. 70

31. Многоступенчатое сжатие. 73

32. Процесс в турбокомпрессоре. 75

Глава VI. Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания. 78

33. Цикл с подводом тепла при t» const. 78

34. Цикл с подводом тепла при p const. 80

35. Цикл со смешанным подводом тепла. 81

36. Сравнение циклов двигателей внутреннего сгорания. 82

Глава VII. Циклы газовых турбин и реактивных двигателей. 85

37. Цикл газотурбинной установки с подводом тепла при p const 85

Идеальный цикл газотурбинной установки ГТУ . 85

Влияние потерь на работу ГТУ. 89

38. Цикл газотурбинной установки с подводом тепла при u const 94 39. Сравнение циклов ГТУ с подводом тепла при p const и при

40. Цикл реактивных двигателей. 96

Глава У III, Водяной пар. 97

41. ру-диаграмма водяного пара. Основные определения. 97

42. Основные параметры пара. 99.

43. Энтальпия водяного пара. 100

44. Ts-, is- и е, Os-Диаграммы водяного пара. 102

45. Основные термодинамические процессы пара. 107

Глава IX. Термодинамические циклы паросиловых установок. 108

46. Циклы Карно и Рэнкина для водяного пара. 108

47. Цикл с неполным расширением. 112

Глава X. Способы повышения к.п.д. паротурбинного цикла. 113

48. Общие сведения. Роль параметров пара. 113

49. Регенеративный цикл паротурбинной установки. 116

50. Регенеративный подогрев питательной воды в реальной паротурбинной установке. 119.

51. Бинарные циклы. 125

52. Термодинамические основы теплофикации. 128

Главу. XI. Меры повышения экономичности газотурбинного цикла. 131

53. Общие сведения. Цикл с регенерацией тепла. 131

54. Многоступенчатый подвод тепла при многоступенчатом охлаждении и регенерации. 135

55. Парогазовый цикл. 136

Глава XIIJ Истечение газов и паров сжимаемой жидкости из сопел 139

56. Изоэнтропийное истечение из сопел. 139

57. Форма, которой должен удовлетворять насадок при истечении 141 58. Соотношение между давлением, скоростью звука и скоростью

потока. Критическая скорость. Секундный расход. 143

59. Расчетные формулы истечения в зависимости от формы сопла. 146

60. Действительная скорость истечения. 149

61. Применение эксергии при рассматривании необратимых процессов течения. 153

62. Дросселирование, или мятие газов и паров. 154

63. Течение газов в косом срезе суживающихся сопел. 155

Глава XIII. Влажный воздух. 157

64. Параметры влажного воздуха. 157

65. d-диаграмма влажного воздуха. 160

Теплопередача

Виды теплообмена. 165

Глава I. Теплопроводность. 166

1. Основной закон теплопроводности. 166

2. Теплопроводность плоской стенки. 168

Однородная стенка. 168

Многослойная стенка. 169

3. Теплопроводность цилиндрической стенки. 170

Однородная стенка. 170

Многослойная стенка. 171

4. Нестационарная теплопроводность. 171

Глава П. Конвективный теплообмен. 172

5. Основные понятия. 172

6. Понятие о теории подобия. 174

7. Эмпирические формулы конвективного теплообмена. 177

Теплоотдача при турбулентном движении жидкости в трубах 177

Теплоотдача при поперечном обтекании одиночной трубы. 178

Теплоотдача при поперечном обтекании труб. 179

Теплоотдача при свободном движении жидкости. 180

Глава III. Теплоотдача при кипении и при конденсации. 181

8. Теплоотдача при кипении жидкости. 181

9. Теплоотдача при конденсации пара. 182

Глава IV. Теплообмен путем излучения. 183

10. Основные понятия. 183

11. Основные законы теплового излучения. 184

12. Теплообмен излучением между телами. 185

13. Излучение газов. 187

Глава V. Сложный теплообмен. Расчет теплообменник аппаратов. 187

14. Сложный теплообмен. 187

15. Теплопередача через плоскую и цилиндрическую етенкн. 188

Теплопередача через плоскую одно- и многослойную стенку. Теплопередача через одно- и многослойную цилиндрическую

16. Расчет теплообменных аппаратов.

Топливо, процесс горения и котельные установки

Глава I. Топливо. 1

1. Понятие о топливе и его классификация.

2. Состав топлива.

3. Теплота сгорания топлива. Понятие об условном топливе.

4. Разновидности топлива. J

Глава II. Процесс горения. 2

5. Общие понятия о процессе горения. S

Горение гомогенных смесей. 5

Особенности горения твердого топлива. S

Особенности горения жидкого топлива. 2

6. Технические расчеты горения. 2

Количество воздуха, необходимое для горения. 2

Состав и количество продуктов сгорания. 2

7. Энтальпия продуктов сгорания топлива. S

Глава III. Котельные установки. 2

8. Основные понятия и определения. 2

Назначение и классификация котельных установок. 2

Элементы котельной установки. S

Устройство простейшего парового котла. 2

9. Тепловой баланс котельного агрегата. 2

Уравнение теплового баланса. S

Полезно использованное тепло и к.п.д. котельного агрегата. % Потери тепла с уходящими газами. 8

Потери от химической неполноты горения. 2

Потери от механической неполноты сгорания. И

Потери тепла от наружного охлаждения котлоагрегата. b jj Потери тепла с физическим теплом шлаков. S

10. Топочные устройства. ИЗ

Теоретическая температура горения. те!

Температура газов на выходе из топки и коэффициент прямой от. ж

дачи топки. да|

Методы сжигания топлива и классификация топочных устройств 8

Камерные топки для сжигания твердого топлива. 1

Топки для сжигания жидкого топлива. S

Топки для сжигания газообразных топлив. |

11. Конструкция паровых котлов. и

Циркуляция воды в паровых котлах. Я

Водяные экономайзеры. 1

Сепарация пара от влаги. 249

14. Вспомогательное оборудование котельной. 250

Тяговые и дутьевые устройства. 250

Питательные насосы и трубопроводы. 251

Паропроводы. 252

Устройства для очистки дымовых газов. 252

15. Понятие о тепловом расчете котельного агрегата. 253

Задача теплового расчета. 253

Расчет теплообмена в топке. 254

Понятие о тепловом расчете конвективных поверхностей нагрева. 255

Раздел четвертый Поршневые машины

Глава I. Паровые машины. 258

1. Общие сведения о паровых машинах. 258

2. Схема устройства и принцип действия паровой машины. 258 3. Действительная индикаторная диаграмма. Потери тепла в машине. 261

4. Определение мощности паровой машины, к.п.д. и расхода пара 263

5. Регулирование мощности паровых машин. 266

Глава II. Двигатели внутреннего сгорания. 267

6. Общие сведения. Принцип работы двигателей внутреннего сгорания. 267

7. Фазы газораспределения четырехтактных двигателей. 270

8. Способы продувки двухтактных двигателей. 271

9. Классификация двигателей внутреннего сгорания. 273

10. Смесеобразование в двигателях высокого сжатия. 275

11. Смесеобразование в двигателях низкого сжатия. 277

12. Индикаторная диаграмма и мощность двигателей. 278

13. Тепловой баланс и показатели экономичности работы двигателей 282

14. Конструкция двигателей. 284

15. Газовые и карбюраторные двигатели . 295

Глава III. Поршневые компрессоры. 299

16. Действительная индикаторная диаграмма поршневого компрессора. 299

17. Производительность и мощность компрессора. 301

18. Многоступенчатое сжатие. 302

19. Конструкция поршневого компрессора. 303

20. Клапаны поршневых компрессоров. 305

21. Вспомогательное оборудование и регулирование производительности поршневых компрессоров. 305

22. Ротационные компрессоры. 307

-. Раздел пятый

Тепловые турбомашины паровые и газовые турбины,

турбокомпрессорные машины Глава I. Общие сведения о тепловых турбомашинах. Рабочий процесс

2. Кинематика потока в ступени турбины. 31

3. Кинематика потока в ступени компрессора. 31

1. Осевой компрессор. 31

2. Центробежный компрессор. ЗН

4. Основные геометрические характеристики и параметры решетки

лопаток. 32С

б. Уравнение моментов для ступени турбомашины. 324

6. Потери в ступени и к.п.д. отнесенные к окружности колеса 325

7. Внутренний к.п.д. ступени. 334

8. Многоступенчатые турбомашины. Общие сведения. 336

9. К.п.д. многоступенчатой турбомашины. 345

Глава II. Паровые турбины. 34

10. Типы паровых турбин. 34

11. Паровые турбины малой мощности. 34S

12. Паровые турбины большой мощности. 34?

13. Принципы регулирования паровых турбин. 351

14. Характеристики паровых турбин. 3< И

15. Примеры конструкций паровых турбин. 35J

16. Основные детали паровой турбины. 36С

17. Конденсационные устройства. 36i

Глава III. Газовые турбины. 365

18. Одновальная газотурбинная установка ГТУ. 36?

19. Теплотехнические мероприятия по усовершенствованию газотурбинной установки. 36J

Регенерация тепла. 36?

Промежуточное охлаждение. 37С

Промежуточный подвод тепла. 37С

Использование тепла уходящих газов для внешних нужд. 375

20. Многовальные газотурбинные установки. УК

21. Газотурбинная установка замкнутого цикла. ЗН

22. Сочетание газовой турбины с двигателем внутреннего сгорания 37J

23. Примеры конструкций газотурбинных установок. 371

24. Камеры сгорания ГТУ. 37S

Глава IV. Вентиляторы. 382

25. Общие сведения о вентиляторах. 38

Комментарии запрещены.

Реклама