met70-2012

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральноегосударственноебюджетноеобразовательноеучреждениевысшегопрофессиональногообразования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТОРГОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «СПбГТЭУ»)

Технологический факультет Кафедра технического обеспечения торговых и технологических процессов

Теплотехника

Методические указания по выполнению контрольных работ

Санкт-Петербург

2012

Составители: профессор А. Г. Крысин, доцент В. П. Иваненко.

Теплотехника: Методические указания по выполнению контрольных работ /

СПбГТЭУ; Сост.: А. Г. Крысин, В. П. Иваненко. – СПб., 2012. – 45 с.

Рассмотрено и утверждено на заседании кафедры ТОТиТП и рекомендовано к из-

данию 22 июня 2012 года, протокол № 11.

Методические указания содержат программу курса, перечень контрольных вопросов с указанием основной литературы по разделам курса, две контрольные работы и ме-

тодику их выполнения.

Настоящие методические указания составлены в соответствии с программами курса «Теплотехника» для студентов специальностей 260800 «Технология продукции и организация общественного питания» и 100800 «Товароведение».

Целью данных методических указаний является помощь студенту при самостоятельном изучении курса, а также закрепление теоретического материала при подготовке к экзаменам.

2

Общие методические указания

Теплотехника является научным направлением энергетики, изучающим процессы преобразования теплоты и другие виды энергии и машины, в которых осуществляются

энергетические преобразования. Теоретическая часть курса «Теплотехника» включает в себя три раздела:

−техническую термодинамику;

−основы тепло- и массообмена;

– тепловые установки и теплоснабжение предприятий общественного питания. Теоретическое изучение курса следует начинать с ознакомления с принятыми в теп-

лотехнике условными обозначениями, размерностями и единицами измерения теплотехнических параметров и величин.

После этого следует приступить к изучению материалов по каждому разделу. Начи-

нать это следует с ознакомления с контрольными вопросами, которые составляют основу экзаменационных билетов по курсу и являются своеобразным планом изучаемого

раздела.

При изучении всех разделов курса основное внимание должно быть уделено выяснению физической сущности явлений и вместе с тем следует внимательно отнестись к

выводу формул. Формулы являются математической моделью определённого явления,

в них структурно заложены основные предпосылки и механизмы, определяющие ход и развитие процессов. Основные законы и их математическая запись должны тщательно

анализироваться и сознательно восприниматься студентом. Физический смысл от-

дельных величин и их размерности должны быть усвоены безупречно.

Одной из особенностей теплотехники как учебного курса является практическая

направленность изучаемых явлений и математических соотношений, поэтому рассмотрение теоретического материала должно сопровождаться решением задач по соответ-

ствующему разделу.

Студенты-заочники специальности 260800 «Технология продукции и организация об-

щественного питания» выполняют одну контрольную работу № 1 (задания 1.1 и 1.2), а

специальности 100800 «Товароведение» выполняют контрольную работу № 1 (задания

1.1 и 1.2) и контрольную работу № 2.

При выполнении контрольной работы рекомендуется руководствоваться следующими

основными положениями:

3

Контрольную работу следует выполнять в тетради школьного типа, пронумеровав в ней страницы и отделив поля в 25–35 мм для замечаний преподавателя.

На обложке тетради следует указать сокращённое наименование института, факуль-

тета, номер курса и группы, шифр (номер зачётной книжки), фамилию, инициалы и адрес студента, название предмета, тему, номер контрольной работы и задания. Условия задач переписывают полностью, без сокращений.

Решения должны сопровождаться пояснительным текстом, в котором указано, какая величина определяется и по какой формуле, какие из них подставляют в формулу и откуда они берутся (условия задачи, из справочника и т. д.).

Вычисления следует выполнять в системе единиц СИ. Если исходные данные (по

условию задачи, по справочным материалам и т. д.) приведены в других единицах, то следует вначале перевести их в систему СИ.

Вычисления производить с точностью до трёх значащих цифр.

После решения задач необходимо кратко проанализировать полученные результаты и сделать выводы.

Ответы на вопросы должны быть чёткими, полными, сопровождаться необходимыми рисунками.

Варианты задач и вопросы должны обязательно соответствовать шифру зачётной книжки студента. Работа, выполненная не по своему варианту или без указания шифра, не рассматривается.

После получения рецензии на контрольную работу студент должен устранить недочё-

ты и ошибки, отмеченные рецензентом.

В том случае, когда контрольная работа рецензентом не допущена к защите, студент

обязан после устранения ошибок, доработки и сделанных исправлений предоставить

её на повторное рецензирование. Повторная контрольная работа обязательно предо-

ставляется вместе с незачтённой работой.

Контрольная работа подлежит очной защите во время экзаменационной сессии со-

гласно календарному графику.

4

Программа курса

Раздел «Техническая термодинамика»

Тема 1. Техническая термодинамика, её предмет и методы

Термодинамическая система. Закрытая, открытая и адиабатная системы. Параметры состояния, функции состояния системы. Температура, давление, удельный объём,

скорость движения, их физический смысл, единицы измерения.

Понятия о рабочем теле и его фазовых состояниях. Диаграмма фазовых переходов. Многофазные системы. Свойства рабочего тела. Идеальные и реальные рабочие тела.

Смеси рабочих тел, способы задания состава смесей. Средняя молекулярная масса, газовая постоянная смеси, парциальное давление компонента. Теплоёмкость, виды теплоёмкостей. Методы определения. Теплоёмкость для смеси газов. Численные зна-

чения для некоторых рабочих тел.

Газовая постоянная. Физический смысл, единицы измерения. Определение газовой

постоянной для смеси газов. Численные значения для некоторых рабочих тел. Основные энергетические параметры рабочего тела. Внутренняя энергия, теплота, их

физический смысл, единицы измерения.

Тема 2. Определение термодинамического состояния системы

Уравнение состояния идеальных и реальных рабочих тел, их качественное и количественное отличие. Применение уравнения состояния рабочих тел для определения взаимосвязи между параметрами. Диаграммы и таблицы состояния.

Тема 3. Основные законы и уравнения термодинамики

Первый закон – закон сохранения и превращения энергии. Математическое выражение закона термодинамики и его виды для частных случаев. Внутренняя энергия рабо-

чего тела, работа изменения объёма. Графический и аналитический методы определения работы. Энтальпия. Выражение первого закона термодинамики через энталь-

пию. Первый закон термодинамики для потока рабочего тела.

Второй закон термодинамики. Основные положения второго закона термодинамики.

Связь основного положения с постулатами второго начала. Уравнение второго закона

термодинамики. Энтропия, её физический смысл. Диаграмма T − S и её значение. Принцип возрастания энтропии. Философская проблема в вопросе о возрастании энтропии. Теория «тепловой смерти».

5

Термодинамика как мировоззренческая основа сознания.

Основные положения энергообмена в термодинамической системе. Понятие об обобщённых координатах и потенциалах системы.

Закон и уравнение сохранения масс. Его применение для нестационарных и стационарных процессов. Уравнение неразрывности.

Закон сохранения количества движения. Понятие об обобщённых удельных силовых

факторах. Уравнение движения в обобщённом виде. Различные формы уравнения движения частных случаев состояния рабочего тела.

Тема 4. Термодинамические процессы

Понятие о термодинамическом процессе. Равновесные и неравновесные процессы. Обратимые и необратимые процессы. Уравнение термодинамического процесса. По-

казатель политропы. Изопроцессы, их графическая интерпретация и основные соотношения между параметрами.

Тема 5. Методика термодинамического анализа процессов

Понятие о физической и математической модели термодинамического процесса. Понятие об условиях однозначности (краевых условиях) и их формулировка в общем виде для термодинамической системы.

Общая методика анализа и расчёта термодинамических процессов. Аналитические методы. Экспериментальные исследования и их роль в современной теплотехнике. Понятие о принципах подобия и моделировании. Моделирование как метод, позволяющий сократить сроки создания и освоения техники.

Раздел «Основы тепло- и массообмена»

Тема 1. Основные понятия

Процесс теплообмена. Основные формы теплообмена: теплопроводность, конвекция,

излучение. Температурное поле, градиент температуры, тепловой поток, пограничный слой, теплопередача.

6

Тема 2. Теплопроводность

Теплопроводность при стационарном режиме. Краевые условия, начальные и гранич-

ные условия. Распределение температур в однослойных и многослойных стенках различного профиля.

Теплопроводность при нестационарном режиме. Методы решения уравнения тепло-

проводности. Понятие о регулярном режиме. Определение температурного поля стенок различного профиля.

Тема 3. Конвективный теплообмен

Основная задача процесса теплопередачи. Факторы, влияющие на интенсивность конвективного теплообмена. Коэффициент теплоотдачи. Методы его определения: теоретические, экспериментальные, теория подобия. Основные критерии подобия. Характерный размер, определяющая температура.

Теплоотдача при свободном движении. Критериальные уравнения. Примеры расчёта

коэффициента теплоотдачи.

Теплоотдача при фазовых превращениях, физические основы процесса кипения. Пузырьковый и плёночный режим кипения. Конденсация. Плёночная и капельная конденсация. Основные термодинамические соотношения при кипении и конденсации. Термодинамические представления о процессах сушки и варки.

Тема 4. Теплообмен излучением

Основные понятия и законы. Теплообмен излучением между телами. Излучение газов. Степень черноты тел. Определение степени черноты газовых смесей. Тепловой поток и коэффициент теплоотдачи излучением. Примеры расчёта коэффициента теплоотдачи излучением.

Тема 5. Инженерные задачи теплообмена

Основы анализа и расчёта теплопередачи в элементах тепловых установок. Теплопередача через различные типы и формы стенок. Виды теплообменных аппаратов. Кон-

структивный и проверочный тепловой расчёт теплообменного аппарата.

7

Раздел «Тепловые установки и теплоснабжение предприятий общественного питания»

Тема 1. Понятие о циклах тепловых машин и установок

Понятие о циклах. Прямые и обратные циклы. Обратимые и необратимые процессы.

КПД прямого (обратного) циклов.

Принцип и цикл Карно, и его роль в современной теплоэнергетике. Понятие о физической и математической модели работы тепловых установок.

Тема 2. Процессы парообразования

Вода как рабочее тело паросиловых установок. Агрегаты водопитания и водоподготовки (насосы, фильтры, дегазаторы, экономайзеры и т. д.). Процесс парообразования и перегрева пара. Таблицы и диаграммы водяного пара. Основные принципы работы

котлоагрегатов. Коэффициент полезного действия котлоагрегата. Паровые котлоагрегаты с естественной и принудительной циркуляцией. Барабанные и прямоточные котлы. Водогрейные котлы. Пароперегреватели, экономайзеры и воздухоподогреватели. Типовые компоновки котельных установок предприятий общественного питания. Автоматизация котлоагрегатов. Эксплуатация котлоагрегатов.

Экономия материальных ресурсов страны за счёт использования вторичных энергоре-

сурсов.

Тема 3. Процесс сжатия и машины для его осуществления

Основные термодинамические соотношения для определения параметров в процессе

сжатия. Машины для подачи и сжатия рабочих тел (насосы, вентиляторы, компрессоры). Примеры расчёта. Повышение производительности труда за счёт комплексной механизации ручного труда в общественном питании.

Тема 4. Процесс расширения рабочего тела

Понятие о процессе расширения. Эксергия термодинамической системы. Машины для

проведения процесса расширения в открытой и закрытой термодинамической системе:

поршневые устройства, турбины и МГД-каналы.

Основные термодинамические соотношения процесса расширения рабочего тела в тепловых установках.

8

Тема 5. Процесс течения рабочего тела

Связь скорости течения с геометрическими параметрами канала. Трубопроводы, соп-

ла и диффузоры. Основные уравнения для параметров при течении газа. Газодинамические функции и таблицы.

Понятие о гидравлических сопротивлениях и методах их учёта. Расчёты трубопрово-

дов и элементов коммуникаций в системах энергоснабжения предприятий общественного питания.

Тема 6. Процесс охлаждения рабочего тела

Холодильные машины и установки, их характеристика, классификация. Определение

термодинамических параметров процесса охлаждения рабочего тела. Тепловой баланс цикла холодильной машины. Конденсаторы, испарители, генераторы. Холодиль-

ный коэффициент, холодопроизводительность холодильной машины. Применение холода в общественном питании.

Комплексное развитие холодильной промышленности, расширение применения искусственного холода при обработке и хранении продуктов.

Тема 7. Тепловые установки и теплоснабжение предприятий общественного питания

Классификация тепловых установок. Тепловые и холодильные установки. Эффективность тепловых установок: эффективный, относительный и термический КПД. Энергетический и эксергетический баланс установок. Теплофикация и электрификация. Понятие об электроснабжении предприятий общественного питания. Виды источников энергии предприятий общественного питания, их характеристики и области применения.

Теплоносители.

Составление теплового баланса и суточного графика предприятий общественного пи-

тания.

Технико-экономические показатели энергоснабжения. Их сравнение и анализ. Понятие об особенностях эксплуатации тепловых установок и теплосетей.

Экономия топливно-энергетических ресурсов и повышение производительности труда

в общественном питании путём использования высокопроизводительного оборудова-

ния, машин и агрегатов.

9

Контрольная работа № 1

Контрольная работа № 1 состоит из двух контрольных заданий 1.1 и 1.2, соответственно по разделам «Техническая термодинамика» и «Тепловые установки и тепло-

снабжение предприятий общественного питания» и выполняется студентами специальностей 260800 и 100800.

Контрольное задание 1.1

Контрольное задание включает в себя решение 2 задач и ответы на 2 контрольных вопроса.

Контрольные задачи

Первая задача – на определение свойств рабочего тела и параметров состояния за-

крытой термодинамической системы. Все студенты решают задачу № 1. Термодина-

мическая система – пищеварочный паровой котёл типа КПП.

Вторая задача при чётной последней цифре зачётной книжки – на основные термоди-

намические процессы. Выбирается и решается одна из двух приведённых задач: № 2

или № 3. Выбор номера задачи производится по первой букве фамилии студента из табл. 1.

Таблица 1

	Студенты, фамилии которых начинаются с буквы:
от А до Л		от М до Я
решают задачу № 2		решают задачу № 3

Вторая задача при нечётной последней цифре зачётной книжки – на политропный процесс. Выбирается и решается одна из двух приведённых задач: № 4 или № 5. Выбор номера задачи производится по первой букве имени студента из табл. 2.

Таблица 2

	Студенты, имена которых начинаются с буквы:
от А до Л		от М до Я
решают задачу № 4		решают задачу № 5

10