№1009

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ЗАПОРІЗЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ щодо виконання розрахунково-графічних завдань за розділами

теоретичних основ теплотехніки для студентів спец.8.090403, 8.090205, 8.090206 денної форми навчання

2001

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

2

Методичні вказівки щодо виконання розрахунково-графічних завдань за розділами теоретичних основ теплотехніки для студентів спец.8.090403, 8.090205, 8.090206 денної форми навчання / Уклад.

О.М.Улітенко, Ю.П.Петруша, Н.Є.Рябошапка. – Запоріжжя: ЗДТУ, 2001. - 56 с.

Укладачі : О.М.Улітенко, доц., к.т.н. Ю.П.Петруша, доц., к.т.н. Н.Є.Рябошапка, ас.

Рецензент :	В.В.Луньов, проф., д.т.н.
	О.В.Єгоров, доц., к.т.н.
Відповідальний за випуск :	Я.О.Єгоров, проф., д.т.н.

Затверджено на засіданні кафедри “Теплотехніка і гідравліка” Протокол №___ від___ 2001р.

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

3

ЗМІСТ

ВСТУП…………………………………………………………… ……….5

1ЗАГАЛЬНІ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІКИ…………………………………..5

2МЕТОДОЛОГІЯ ВИРІШЕННЯ ІНЖЕНЕРНИХ ЗАДАЧ…………….6

3РОЗРУХУНКОВО-ГРАФІЧНЕ ЗАВДАННЯ №1 “Розрахунок і графічне зображення термодинамічних процесів

відеальних газах при їх розширенні та стиску в технічних системах”…………………………………………………………….....8

3.1Програма………………………………………………………………8

3.2Література……………………………………...……………………..9

3.3Методичні вказівки……………...…………………………..…….…9

3.4Задача 1………………………………………………………………11

3.5Послідовність виконання задачі 1………………………….………12

3.6Задача 2………………………………………………………………13

3.7Послідовність виконання задачі 2………………………….………15

3.8Задача 3………………………………………………………………18

3.9Послідовність виконання задачі 3………………………………….19

3.10Контрольні питання………………………………………………..20

3.11 Контрольні задачі…………………………………………………..21

4 РОЗРУХУНКОВО-ГРАФІЧНЕ ЗАВДАННЯ №2 “Розрахунок і графічне зображення процесів зовнішнього теплообміну технологічної системи з навколишнім

середовищем”…………………………………………………………22

4.1Програма……………………………………………………………..22

4.2Література……………………………………………………………23

4.3Методичні вказівки……………………………….…………………23

4.4Задача 4………………………………………………………………27

4.5Послідовність виконання задачі 4………………………………….29

4.6Задача 5………………………………………………………………29

4.7Послідовність виконання задачі 5………………………………….32

4.8Задача 6………………………………………………………………33

4.9Послідовність виконання задачі 6………………………………….35

4.10Контрольні питання………………………………………………..35

4.11 Контрольні задачі…………………………………………………..37

5 РОЗРУХУНКОВО-ГРАФІЧНЕ ЗАВДАННЯ №3 “Розрахунок і графічне зображення процесів внутрішнього

теплообміну в технологічних системах”…………………………….38 5.1 Програма……………………………………………………………..38

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

4

5.2Література……………………………………………………………38

5.3Методичні вказівки…………………………………………………39

5.4Задача 7………………………………………………………………40

5.5Послідовність виконання задачі 7………………………………….42

5.6Задача 8………………………………………………………………43

5.7Послідовність виконання задачі 8………………………………….44

5.8Задача 9………………………………………………………………50

5.9Послідовність виконання задачі 9………………………………….51

5.10Контрольні питання………………………………………………..52

5.11 Контрольні задачі…………………………………………………..53

6 НАВЧАЛЬНО-МЕТОДИЧНА ЛІТЕРАТУРА……………………….53

Додаток А – ТИТУЛЬНИЙ ЛИСТ…………………………….………..55 Додаток Б Значення коефіцієнта теплопровідності сталі l, Вт/(м×К)

в залежності від температури………………………………………...…56

Додаток В Значення коефіцієнта температуропровідності a ×103, м2/год. в залежності від температури………………………..……… ...56

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

5

ВСТУП

Інтенсифікація та підвищення ефективності виробництва, технічного рівня і якості продукції в машинобудуванні, створення енерго- і металозбережуючих технологій виготовлення деталей машин зумовлено раціональними технологіями заготівельного виробництва машинобудування: ливарного виробництва та ковальсько-штампува- льного виробництва. При цьому ефективність виробництва та рівень якості виробів в значній мірі визначаються удосконаленням технічних та технологічних систем машинобудування. Вид системи визначається перш за все предметом виробництва та вирішуючимися задачами. Кожна із систем функціонує лише тоді, коли до неї підводиться один або декілька видів енергії (механічна, теплова, хімічна, промениста і т.д.). При цьому в системах відбуваються перетворення одного виду енергії в іншій (або в інші). Вивчення особливостей перетворення і перенесення енергії в системах є однією з головних задач, які вирішуються в межах теоретичних основ теплотехніки (технічної термодинаміки і теорії теплообміну).Вивчення основних положень теоретичних основ теплотехніки (вони наведені у вигляді програм, літератури та методичних вказівок перед задачами відповідних розрахунково - графічних завдань) треба починати з усвідомлення фізичної суті питань, а потім переходити до розбору їх конкретних особливостей. Закріплювати ці знання необхідно самостійним вирішенням контрольних задач (деякі найбільш складні задачі будуть розглядатись на практичних заняттях), використовуючи необхідну літературу і керуючись методологією вирішення інженерних задач.

Розрахунково-графічні завдання (РГЗ) доцільно виконувати після вивчення відповідної теми дисципліни. Ці завдання складаються із задач і контрольних питань.

1 ЗАГАЛЬНІ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

Для придбання навичок самостійного проведення інженерних розрахунків студент повинен виконати три розрахунково-графічних завдань (РГЗ).

Виконання завдань зводиться до вирішення інженерних задач і письмової відповіді на контрольні питання.

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

6

При виконанні завдань студент повинен додержуватись таких вимог:

1)звіт про виконання РГЗ представляти на одному боці аркуша формату А4 (210х297). Титульний лист звіту оформляти відповідно до додатку А;

2)розв’язуючи задачу, номер формули слід наводити в круглих дужках з правого боку формули. Під розрахунковими формулами слід вказувати:

-назву величин, які входять до формули;

-розмірність фізичних величин у даній формулі;

-звідки одержано числове значення величин у формулі;

3)при використанні літературного джерела його номер необхідно розмістити в квадратних дужках із вказівкою також номера сторінки тексту, наприклад [1, с.47] ; список використаної літератури необхідно навести у кінці звіту;

4)графічну частину треба виконувати олівцем на міліметровому

папері з використанням креслярських приладів (лінійки, циркуля, лекала).

Звіти про виконання РГЗ у вказані викладачем терміни студент здає на попередню перевірку, після чого захищає.

Під час захисту РГЗ особлива увага спрямовується на фізичне та інженерне тлумачення процесів, що досліджуються.

Якщо студент вірно і достроково виконав РГЗ, викладач має право прийняти завдання без захисту; при цьому враховується відвідування студентом лекційних занять, ефективність самостійної роботи з рекомендованою літературою; активність участі на практичних заняттях та результати контролю успішності.

2 МЕТОДОЛОГІЯ ВИРІШЕННЯ ІНЖЕНЕРНИХ ЗАДАЧ

При розв’язанні інженерних задач, що входять до складу РГЗ (або задач для самостійного вирішення та задач, які вирішуються на практичних заняттях) слід додержуватись такої послідовності.

1 Аналіз вихідних даних задачі повинен бути проведений з ме-

тою визначення суті процесу та умов його перебігу на основі інформації, яка одержується під час лекційних занять та з рекомендованих літературних джерел. Головне – треба встановити ознаки процесу.

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

			7
2 Схема процесу – схематичне зображення досліджуємого про-
цесу за конкретних умов його протікання. При цьому, при зображенні
процесу, треба користуватися символічними умовними позначками.
При досліджуванні процесів в технічній термодинаміці, процеси
для наглядності зображують на діаграмах стану (наприклад, на p-ϑ і
T-s- діаграмах) від початкового стану системи (т.1) до її кінцевого
стану (т.2), наприклад
р			T
2	∙		∙ 1
1 ∙				∙	2
0		ϑ	0		s
Процеси теплообміну позначаються на схемах так : → тепло-
провідність стаціонарна (або нестаціонарна);
та		W
конвективний теплообмін вільний і вимушений відповідно;
теплове випромінювання;					теплообмін
випромінюванням.
Крім того до схеми процесу треба вводити характерні додаткові
позначки, які однозначно відповідали би умовам досліджуємої задачі
(наприклад, вказувати tпов; tпоч; tкін; tс; w; G і т.і.).
3 Словесна постанова задачі складається з чіткого словесного
визначення виду процесу, який здійснюється, за конкретних умов його
перебігу; словесна постанова задачі повинна відображувати фізичне
тлумачення задачі відповідно до аналізу та схематичному зображенню
процесу.
Бажано словесну постанову задачі складати за такою схемою:
Розглядається		Назва		Умови протікання
		виду процесу		процесу

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

	8
Наприклад:
Розглядається		Вимушений конвек-		в каналі
		тивний теплообмін			.
4 Математична	модель процесу полягає в математичному опи-

сові процесу, який відбито у словесній постановці.

У залежності від рівня моделі вона складається з співвідношень (формул), рівнянь або систем рівнянь.

5 Вирішення. При розв’язанні інженерних задач необхідно зробити обґрунтований вибір методу вирішення на основі рекомендацій, що вказані у вигляді вказівок та посилань на літературні джерела.

6 Аналіз результатів розрахунків. Найважливіший елемент будь-якого вирішення – це дослідження розмірності одержаної розрахункової величини, особливо, коли відповідь первісно не в числах, а в аналітичній формі. Він дозволяє судити про сутність одержаних результатів. Якщо одержана розмірність не відповідає дійсності, то слід шукати помилку у вирішенні, а у ряді випадків – у неконкретності постанови задачі.

Ефективний контроль одержаних результатів забезпечується (крім перевірки на розмірність) також графічним зображенням процесу за одержаними розрахунковими даними.

7 Прийняття інженерного вирішення повинне підтверджува-

тись чисельним вирішенням або заданням різних варіантів вихідних параметрів. Фактично треба відповісти на запитання : “що буде, якщо…?”, “що зміниться, якщо…?”. Це дозволяє виробити напрямок раціонального вирішення.

3 РОЗРУХУНКОВО-ГРАФІЧНЕ ЗАВДАННЯ №1 “Розрахунок і графічне зображення термодинамічних процесів в ідеальних газах при їх розширенні та стиску в технічних системах” за темою : Термодинаміка закритих і відкритих систем.

Теплові машини.

3.1 Програма

Термодинамічний аналіз процесів ідеального газу. Задача, метод і схема дослідження термодинамічних процесів в ідеальних газах.

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

9

Процеси з фіксованими параметрами. Політропний процес, довільний (реальний) процес. Розрахунок енергетичних характеристик термодинамічних процесів ( U, L, Q, H, S). Загальний якісний аналіз процесів на основі порівняння показників політропи. Зображення процесів на p-ϑ i T-s-діаграмах.

Термодинамічний аналіз процесів у компресорах. Поршневий компресор. Принцип дії. Робота, яка витрачається на привод компресора. Ізотермічний, адіабатний і політропний стиск. Термодинамічне обґрунтування багатоступінчастого стиску. Зображення на p-ϑ і T-s- діаграмах термодинамічних процесів стиску в компресорі. Необернений стиск. Відносний внутрішній ККД компресора.

Термодинамічний аналіз процесу витікання газу із сопла. Рів-

няння першого закону термодинаміки для потоку середовища, його аналіз. Поняття про сопло і дифузорна течія газу. Адіабатна течія. Швидкість адіабатної течії. Зв’язок критичної швидкості витікання з місцевою швидкістю розповсюдження звуку. Критичне відношення тисків. Розрахунок швидкості для критичного режиму. Умови переходу крізь критичну швидкість. Сопло Лаваля. Надзвуковий режим витікання газу з комбінованого сопла. Змінення параметрів потоку газу уздовж канала сопла.

3.2 Література : [1, с.70-84]; [2, с.30-43]; [3, с.98-118]; [4, с.23-35]; [5, с.46-64]; [7]; [8].

[1, с.203-217]; [2, с.52-54]; [3, с.325-333]; [4, с.63-65]; [5, с.118-120]; [6]; [7]; [8].

[1, с.176-186]; [2, с.43-50]; [3, с.246-257]; [4, с.56-63]; [5, с.90-99]; [6]; [7]; [8].

3.3 Методичні вказівки

При досліджуванні термодинамічних процесів в ідеальних газах необхідно вирішувати дві головні задачі :

1)визначення рівняння процесу за яким встановлюються закономірності змінення стану системи;

2)виявлення особливостей перетворення енергії в процесі.

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

10

Математичний аналіз процесів виконують на основі рівняння стану (рівняння Клапейрона), першого і другого законів термодинаміки для простих закритих систем.

Методика досліджування будь-якого термодинамічного процесу включає :

1) визначення умов перебігу процесу;

2) виведення рівняння процесу і зображення його на p-ϑ і T-s- діаграмах, тобто установлення аналітичних та графічних залежностей між параметрами стану, що змінюються в процесі, з метою визначення невідомих параметрів за відомими;

3)визначення енергетичних характеристик процесу : зміна внутрішньої теплової енергії

DU = m ×Du;Du = ò2 cυ ×dT = cυ (T2 -T1 );

1

механічна робота

L = m ×l;l = ò2 p × dϑ;

1

кількість теплоти

Q = m×q; q = ò2 ( du + p × dϑ);

1

зміна ентальпії

2

DH = m × Dh; Dh = òc p ×dT = c p (T2 -T1 );

1

зміна ентропії DS = m ×Ds; Ds = ò2 dq / T ;

1

з метою установлення характеру перетворення енергії в процесі, тобто кількісного співвідношення між величинами, що входять до рівнянь першого та другого законів термодинаміки;

4)визначення частки теплоти, що витрачається на зміну внутрішньої теплової енергії

ϕ= U / Q;

івиконання механічної роботи в процесі ψ = L / Q;

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com