ВВЕДЕНИЕ. Учебная программа для высших учебных заведений по специальности 1-43 01 06

Минск

Термодинамика

Учебная программа
для высших учебных заведений по специальности 1-43 01 06

“Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент”

СОГЛАСОВАНО

Учебно-методическое объединение
вузов Республики Беларусь по
образованию в области
энергетики и энергетического оборудования

_______________ Ф.А. Романюк

«___» __________ 200 г.

Главное управление высшего и
среднего специального образования

_______________ В. Л. Цыбовский

«___» __________ 200 г.

Республиканский институт высшей
школы БГУ

_________________ С. С. Ветохин

«___» __________ 200 г.

Эксперт _________________ Г. М. Шебеко

Составители:

Хутская Наталия Геннадьевна, доцент кафедры ЮНЕСКО «Энергосбережение и возобновляемые источники энергии» Белорусского национального технического университета, кандидат технических наук, доцент;

Рецензенты:

Бородуля Валентин Алексеевич, заведующий лабораторией дисперсных систем Института тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова Национальной Академии наук РБ, доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН РБ

кафедра

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Советом Белорусского национального технического университета

(протокол № _____ заседания Совета от «____» ____________ 2003 г.)

Ответственный за редакцию:

Ответственный за выпуск:

Важную роль в экономическом развитии Беларуси играет энергетика - область промышленности, науки и техники, охватывающая энергетические ресурсы, производство, передачу, преобразование, аккумулирование, распределение и потребление различных видов энергии. Поэтому подготовка специалистов с высшим образованием в области организации энергосбережения и эффективных технологий является актуальной народнохозяйственной задачей.

Необходимым этапом подготовки такого специалиста является изучение общепрофессиональной дисциплины - термодинамики, входящей в теоретическую базу энергетики.

В разделе «Термодинамика» изучают свойства рабочих тел и теорию тепловых двигателей.

Основными задачами дисциплины являются изучение:

· термодинамических законов и процессов;

· свойств рабочих тел;

· принципов работы циклов тепловых и холодильных машин;

Для изучения дисциплины “Термодинамика” необходимы знания в области физики, химии, высшей математики. В свою очередь. знания в области термодинамики используются далее при изучении всех прикладных теплотехнических дисциплин, при курсовом и дипломном проектировании.

Цель изучения дисциплины «Термодинамика» - приобретение студентами теоретической базы знаний для изучения таких специальных дисциплин как, «Энергопреобразующие машины», «Производство, транспорт и потребление тепловой энергии» «Энергосберегающие технологии на основе вторичных ресурсов» «Энергосберегающие технологии на основе нетрадиционных и возобновляемых источников», а также приобретение базы прикладных знаний в смежных областях технологии и техники.

В результате изучения термодинамики специалист должен:

иметь представление:

- об основах термодинамической теории гетерогенного равновесия и правиле фаз Гиббса;

- о принципах построения фазовых диаграмм состояния одно- и многокомпонентных систем;

знать и уметь использовать:

- законы термодинамики;

- молекулярно-кинетическую теорию;

- методы обработки результатов и единицы измерений;

- данные справочной литературы;

- термодинамический принцип смещения равновесия для предсказания оптимальных условий проведения химического процесса;

- правило фаз Гиббса для объяснения различных фазовых превращений вещества и теоретического предсказания поведения гетерогенных химических систем при изменении температуры, давления и состава фаз;

- термодинамический метод анализа Гиббса для интерпретации фазовых диаграмм состояния одно-, двух- и трехкомпонентных систем;

- термодинамические характеристики веществ

владеть:

- методикой расчета термодинамических процессов для идеального и реального газа

-методикой расчета циклов тепловых двигателей и трансформаторов тепла

иметь навыки:

- применения основных законов термодинамики для решения прикладных задач;

-расчетов термодинамических характеристик индивидуальных веществ

- расчетов характеристик сосуществующих фаз и процессов фазовых превращений с помощью фазовых диаграмм состояния;

-использования справочников термодинамических величин и табличных данных и диаграмм.

Учебная программа дисциплины рассчитана на 200 часов, в том числе 144 часа аудиторных занятий.

Примерное распределение аудиторных часов по видам занятий:

лекции — 72 часа;

практические занятия — 36 часов;

лабораторные занятия — 36 часов.

2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1. Темы и их содержание

Тема 1. Основные понятия и определения

Предмет и методы термодинамики. Термодинамическая система и окружающая среда. Рабочее тело. Параметры состояния. Экстенсивные и интенсивные параметры состояния. Равновесные и неравновесные состояния. Термодинамический процесс. Равновесные и неравновесные процессы. Уравнение состояния. Термодинамическая поверхность.

Смеси идеальных газов. Способы задания состава смеси. Закон Дальтона. Парциальные давления. Приведенные объемы. Кажущаяся молекулярная масса смеси. Газовая постоянная смеси. Плотность и теплоемкость газовой смеси. Внутренняя энергия и энтальпия газовой смеси. Энтропия газовой смеси. Энтропия смешения.

Тема 2. Первый закон термодинамики

Принцип эквивалентности теплоты и работы. Выражение работы и теплоты через термодинамические пара­метры состояния. Внутренняя энергия. Сущность первого закона термодинамики. Формулировки первого закона термодинамики. Аналитическое выражение первого закона термодинамики. Работа изменения объема. Энтальпия. Первый закон термодинамики для круговых (циклических) процессов. Теплоемкость. Массовая, объемная и мольная теплоемкости. Теплоемкость при постоянном давлении и объёме. Температурная зависимость теплоемкости. Средняя и истинная теплоемкости. Формулы и таблицы для определения теплоемкостей.

Тема 3. Термодинамические процессы в идеальном газе

Основные термодинамические процессы (изохорный, изобарный, изотермический, адиабатный)- частные случаи политропного процесса. Изоэнтропный процесс. Классификация процессов изменения состояния. Общие методы исследования процессов изменения состояния любых рабочих тел.

Политропный процесс. Уравнение политропы. Определение показателя политропы. Анализ процессов на основе сравнения показателей политропы. Процессы в координатах pu и Ts. Сравнительный анализ политропных процессов. Расчет параметров состояния и энергетических характеристик процессов по таблицам термодинамических свойств идеальных газов.

Тема 4. Второй закон термодинамики

Энтропия. Сущность второго закона термодинамики. Формулировки второго закона термодинамики. Статистическое и философское толкование второго закона термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Основные источники необратимости. Термодинамические циклы (прямые и обратные, обратимые и необратимые). Термический к.п.д. Источники теплоты. Прямой цикл Карно и его термический к.п.д. Обратные цикл Карно и его холодильный коэффициент. Теорема Карно и к.п.д. произвольного обратимого цикла.

Обобщенный цикл Карно. Регенерация тепла. Термодинамические процессы и циклы в T,s- и P,v - диаграммах. Термодинамическая шкала температур. Абсолютный нуль температур. Изменение энтропии в необратимых процессах. Аналитическое выражение второго закона термодинамики. Возрастание энтропии изолированной системы. Эксергия.

Теорема Гюи- Стодолы. Расчет потерь эксергии при необратимых процессах с использованием термодинамических таблиц и диаграмм.

Тема 5. Компрессоры. Термодинамика газовых циклов

Поршневой компрессор. Принцип действия. Техническая работа компрессора. Индикаторная диаграмма. Изотер­мическое, адиабатное и политропное сжатие. Изображение в pu- и Ts- диаграммах термодинамических процессов, протекающих в комп­рессорах. Необратимое сжатие. Относительный внутренний КПД компрессора.

Объемный к.п.д. компрессора. Расчет мощности привода компрессора и отводимого при охлаждении тепла. Оптимальное распределение давлений по ступеням многоступенчатого компрессора.

Цикл газотурбинных установок (ГТУ) с подводом тепла при постоянном давлении. Отношение работы компрессора к работе турбины. Термический к.п.д. цикла ГТУ. Цикл ГТУ с подводом тепла при v = const.

Регенерация в ГТУ. Цикл ГТУ при необратимых процессах сжатия и расширения. Абсолютный внутренний к.п.д. необратимого цикла ГТУ. Выбор оптимальной степени повышения давления. Применение ступенчатого подвода тепла в цикле, многоступенчатого сжатия воздуха. Цикл сложной ГТУ при необратимом протекании процессов сжатия и расширения.

Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Идеальные циклы ДВС с изохорным (цикл Отто), изобарным (цикл Дизеля) и комбинированным (цикл Тринклера) подводом тепла. Термический к.п.д. циклов. Мощность и удельные расходы топлива. Среднее индикаторное давление. Цикл Стирлинга. Цикл Брайтона. Цикл Эрикссона.

Методы анализа эффективности циклов. Термический КПД обратимого цикла тепловой машины. Внутренний и внутренний относительный КПД действительного (реального) цикла. Эффективный КПД теплосиловой установки. Методы повышения КПД. Сравнение термических КПД циклов по коэффициенту заполнения и значению средних температур подвода и отвода тепла. Эксергетический метод анализа циклов.

Тема 6. Характеристические функции и дифференциальные

Дата добавления: 2014-01-20