ФГОУ ВО Омский государственный аграрный
ФГОУ ВО Омский государственный аграрный
университет
На правах рукописи
Теплофизика
методические указания по изучению дисциплины и задания
к контрольной работе
студентам-заочникам сельскохозяйственных высших учебных заведений
специальности 200301- Техносферная безопасность
Омск 2016
Составил доцент Л. С. Керученко
Ответственный за выпуск доцент Мяло В.В.
Рецензент доцент
ВВЕДЕНИЕ
Использование теплоты в различных отраслях хозяйства является неотъемлемыми атрибутами современной цивилизации. На долю теплоты приходится около 90% всей потребляемой сельским хозяйством энергии. Как правило, теплота получается за счёт сжигания топлива.
Теплофикация представляет собой интегрированную систему, включающую вопросы получения теплоты, ее распределения и учета. Развитие сельской теплофикации является одним из важнейших условий подъема сельского хозяйства, перевода его на промышленную основу, повышения его эффективности. Создание крупных животноводческих комплексов на промышленной основе, теплично-парниковых хозяйств, увеличение капитального строительства жилых, культурно-бытовых и производственных зданий в сельскохозяйственных предприятиях невозможно без увеличения потребления тепловой энергии.
В настоящее время для производства тепловой энергии в основном используется газообразное и твердое топливо. Твёрдое топливо, в связи с низкой эффективностью его сжигания в топках котлов, используемых в сельском хозяйстве, за последние годы вытесняется газообразным топливом..
Эффективное и экономичное использование тепловой энергии в сельском хозяйстве требует постоянного совершенствования теплотехнических процессов, утилизации тепловых отходов промышленных предприятий для сельскохозяйственных нужд, а также использование низкопотенциальных источников теплоты.
Важной проблемой теплоэнергетики, в том числе и сельскохозяйственной, является охрана окружающей среды. В связи с этим большое значение приобретает подготовка высококвалифицированных специалистов, способных решать вопросы эффективного и экономичного использования тепловой энергии в сельском хозяйстве.
Раздел 1. Общие методические рекомендации по изучению дисциплины
Дисциплина Теплофизика изучается студентами-заочниками на 3 курсе в соответствии с учебным планом для специальностей направление подготовки 200301-Техносферная безопасность.
Методические указания по изучению дисциплины составлены по рабочей программе дисциплины «Теплофизика» по направлению подготовка 200301 – Техносферная безопасность,утверждённой ректором ОмГАУ .
Студенты-заочники самостоятельно изучают дисциплину по основным рекомендованным учебникам. Для более глубокого изучения отдельных тем и вопросов рекомендуется дополнительная литература.
Если при изучении курса возникнут затруднения, которые студент не в состоянии самостоятельно решить, он может в письменной форме обратится к преподавателю или получить устную консультацию на кафедре.
Закончив изучение материала по тому или другому разделу, необходимо в целях лучшего усвоения ответить на вопросы для самопроверки.
После изучения теоретического материала студент приступает к выполнению индивидуального контрольного задания.
Выполненная контрольная работа высылается в институт на рецензирование.
Приезжая на лабораторно-экзаменационную сессию в институт, студент слушает лекции по наиболее сложным темам дисциплины и выполняет лабораторные занятия; завершается курс сдачей экзамена. К экзамену допускаются студенты, выполнившие контрольные задания и лабораторные работы.
Примерные затраты учебного времени по темам дисциплины «Теплофизика»
| № п/п | Название темы | Количество часов самостоятельной работы |
| Теоретические основы теплоизика | ||
| Теплоэнергетические установки | ||
| Применение теплоты в сельском хозяйстве | ||
| Итого | ||
| Выполнение контрольной работы | ||
| Всего |
Раздел 2. Методические указания по разделам курса
Введение
При изучении данного курса необходимо уяснить роль и значение теплоэнергетики в народном хозяйстве РФ, развитие и современный уровень отечественной и мировой теплоэнергетической науки и техники, уделить внимание работам отечественных учёных и инженеров по разработке теоретических проблем теплотехники и созданию наиболее экономичных и перспективных типов и конструкций тепловых машин, агрегатов и аппаратов.
Обратите особое внимание на основные тенденции в развитии теплоэнергетического хозяйства РФ, а также на перспективы развития сельскохозяйственной теплоэнергетики при эксплуатации технологического оборудования.
Часть 1. Теоретические основы теплофизики
Техническая термодинамика
1.1.1. Основные понятия и определения
Изучение законов взаимного превращения теплоты и работы и установление эффективных способов осуществления этого превращения - одна из важнейших задач курса Техническая термодинамика.
В основу технической термодинамики положены первый и второй законы термодинамики. В начале изучения данной темы, студент должен чётко уяснить назначение рабочего тела в теплотехнических установках, а также изучить основные свойства и параметры состояния рабочих тел. Необходимо знать законы, устанавливающие связи между этими параметрами не только для идеальных газов, но и для реальных газов. Необходимо твёрдо усвоить такие понятия, как энергия, теплота, работа, термодинамический процесс, термодинамическая система, равновесные и неравновесные состояния, так как на основе этих понятий пойдёт дальнейшее изложение материала.
Литература 1; 2, с. 4-12; 3.
Вопросы для самопроверки.
1. Каково значение теплоэнергетики в народном хозяйстве РФ?
2. Основные вопросы технической термодинамики.
3. Какими параметрами характеризуется состояние газа, и каковы единицы измерения этих параметров.
4. Напишите уравнение состояния идеальных газов, укажите, в каких единицах измеряются величины, входящие в него, объясните физический смысл газовой постоянной.
5. Объясните понятие киломоля вещества. Напишите уравнение состояния для киломоля идеального газа. Объясните физический смысл универсальной газовой постоянной.
6. Как определяется абсолютное давление?
Теплоёмкость
В тепловых расчётах, связанных с определением количества теплоты, большое значение имеет теплоёмкость рабочего тела. При изучении этого вопроса необходимо четко усвоить понятие истинной, средней и удельной теплоёмкости. Особое внимание необходимо обратить на зависимость теплоемкости газов от процесса и от температуры, а также усвоить разницу между единицами измерения массовой, объемной и молярной теплоёмкостей. При рассмотрении молярной теплоёмкости газов следует усвоить, что молярные теплоёмкости, если пренебречь их зависимостью от температуры, зависят от характера процесса и автономности газов.
Например, в процессе при постоянном объеме молярные теплоёмкости двухатомных газов равны 20,93 кДж/ (моль К), трёхатомных газов – 29,3 кДж/ (моль К).
Обратите внимание на то, что в отличии от теплоёмкости жидких и твёрдых тел теплоёмкость газов всецело зависит от вида термодинамического процесса и может изменяться от – ∞до + ∞, при этом важно усвоить понятие об отрицательной теплоёмкости газов. Значение массовой, объемной и молярной теплоёмкостей могут быть вычислены по эмпирическим формулам или взяты из таблиц.
Литература 2, с. 16-19; 3.
Вопросы для самопроверки
1. Какова зависимость между массовой, объемной и молярной теплоёмкостями?
2. Что называется средней и истинной теплоёмкостями.
3. Какова связь между изохорной и изобарной теплоёмкостями.
4. Какова зависимость теплоёмкости идеального газа от температуры.
Смеси идеальных газов
При изучении темы «Смеси идеальных газов» нужно обратить внимание на способы задания состава смеси, усвоить понятие парциального объема компонентов газовой смеси, а также на понятие кажущейся молекулярной массы газовой смеси, так как знание этой массы позволяет распространить формулы, выведенные для однородного идеального газа, на смесь газов.
Литература 2, с. 42-44; 3.
Вопросы для самопроверки
1. Как формулируется закон Дальтона для смеси идеальных газов.
2. Назовите способы задания состава смеси газов.
3. Что называется приведённым объемом компонента газовой смеси и как он определяется.
4. Что называется кажущейся молекулярной массой смеси газов и как она вычисляется.
5. Как определить газовую постоянную смеси газов.
Первый закон термодинамики
Первый закон термодинамики является частным случаем закона сохранения, и превращения энергии устанавливает связь между подведенной теплотой, работой и изменением внутренней энергии.
Поэтому, прежде всего, необходимо разобраться в физической сущности таких понятий как внутренняя энергия, теплота и работа. При этом надо обратить внимание на характер зависимости теплоты, работы и изменения внутренней энергии от процесса. Обратите внимание на то, что внутренняя энергия идеального газа зависит только от абсолютной температуры, поэтому изменение внутренней энергии газа не зависит от вида процесса и в любом термодинамическом процессе определяется по одной и той же формуле.
Первый закон термодинамики имеет большое прикладное значение при решении вопросов анализа тепловых процессов, при составлении их энергетических балансов, т.е. соотношения между теплотой, механической работы и изменения внутренней энергии газа в термодинамическом процессе.
Литература: 2, с. 12-16; 3.
Вопросы для самопроверки
1. Каковы общая формулировка и математическое выражение первого закона термодинамики.
2. Дайте определение и объясните физическую сущность величин, входящих в уравнение первого закона термодинамики.
3. Как определяется изменение внутренней энергии идеального газа в термодинамическом процессе.
4. Как определяются теплота и механическая работа в термодинамическом процессе.
5. Что называется энтальпией газа. Покажите, что в процессе при постоянном давлении количество подведённой теплоты равно разности конечной и начальной энтальпии.
Второй закон термодинамики
Первый закон термодинамики показывает, что подведенное к термодинамической системе тепло идет на изменение внутренней энергии и на работу. Но он не дает ответа на вопрос как получить работу в тепловой машине. Второй закон термодинамики указывает направление самопроизвольного протекания тепловых процессов и определяет условия работы тепловых двигателей. Теплота самопроизвольно, т.е. естественным путём, переходит от тел более нагретых к телам менее нагретым, а превращение теплоты в работу происходит только при наличии двух источников теплоты: горячего и холодного.
В основе работы любого теплового двигателя обязательно имеет место какой-либо цикл. При изучении циклов следует особое внимание обратить на цикл Карно. Важным показателем эффективности тепловых двигателей является их термический коэффициент полезного действия (КПД), который будет увеличиваться с увеличением количества подведённой теплоты и с уменьшением количества отведённой теплоты. При рассмотрении прямого цикла Карно необходимо обратить внимание на то, что при заданных температурах горячего и холодного источников теплоты из всех возможных циклов цикл Карно является наивыгоднейшим, т.е. имеет большой термический КПД.
При изучении обратного цикла Карно, лежащего в основе работы холодильных машин и тепловых насосов, следует использовать положение второго закона термодинамики о невозможности передачи тепла от менее нагретого тела к более нагретому без совершения механической работы.
В тесной связи со вторым законом термодинамики находиться понятие энтропии. Следует разобраться в математическом определении энтропии и рассмотреть тепловую диаграмму Т-s, имея в виду, что с помощью этой диаграммы решаются сложные задачи по расчёту тепловых машин и аппаратов. Необходимо усвоить, что изменение энтропии при любом процессе будет пропорциональна теплоёмкости газа.
Литература: 2, с. 20-31; 3.
Вопросы для самопроверки
1. Каковы основные формулировки второго закона термодинамики.
2. Что называется термическим коэффициентом полезного действия цикла тепловой машины.
3. Что называется энтропией рабочего тела. Каково её математическое определение.
4. Какая связь между изменением энтропии рабочего тела и количеством подведённой теплоты в термодинамическом процессе.
5. Изобразите цикл Карно в координатах p-v и T-s, и коротко сформулируйте его термодинамическую сущность.
6. Почему цикл Карно имеет самый высокой термический КПД в заданном интервале температур.
Теплогенерирующие установки
Котельные установки
Приступая к изучению данного раздела, студент должен по схемам котельных установок и их описаниям, приведённых в учебниках, изучить общее устройство современного котельного агрегата, уяснить сущность процесса парообразования в котле. Затем следует ознакомиться с основными характеристиками котельных агрегатов, с направлением развития котельной техники. После этого необходимо ознакомиться с устройством и работой отдельных агрегатов по схемам котельных установок и их описаниям, приведённых в учебниках.
Изучение топок следует начинать с принципиальных схем топочных устройств, после чего приступить к изучению их конструктивных особенностей.
Наиболее экономичными видами топлива являются природный газ и мазут, но их использование в промышленности и в сельском хозяйстве до последнего времени было ограниченным, так как они служат сырьем для химической промышленности. Поэтому до настоящего времени в сельском хозяйстве преобладали котлы, работающие на твердом топливе. Последние годы в РФ и в нашем регионе ознаменовались переводом многих котельных на газ. При изучении топок следует ознакомиться с принципиальными схемами топочных устройств котлоагрегатов, работающих на твердом, газообразном и жидком топливе, после чего приступить к изучению их конструктивных особенностей.
Основной упор должен быть сделан на разбор вертикально-водотрубных котлов, выпускаемых в настоящее время нашей промышленностью и импортных котлов, которые находят применение в сельскохозяйственном производстве. На тепловых электрических станциях чаще всего устанавливаются котлы большой паропроизводительности с естественной циркуляцией и прямоточные.
При изучении конструкции котлов и их работы следует обратить особое внимание на котлы, применяемые в сельском хозяйстве, а именно: на котлы парообразователи типа КМ, КВ, Д-721А, Д-000 производительностью 100-900 кг пара в час, а также на котлы типа ДКВР паропроизводительностью от 2,5 до 20 т/ч, которые в настоящее время успешно применяются и найдут ещё более широкое применение для нужд сельскохозяйственного производства.
Все шире применяются в сельском хозяйстве новые котлы: МЗК-7А, Е-2, 1Т, Г, М; Е-1/9-1М, Е-1/9-2М, ВК-1,6 и др.
В сельском хозяйстве находят применение также и чугунные секционные водогрейные котлы типа Универсал, Энергия, Тула и др.
При изучении теплового расчёта котельного агрегата особое внимание надо обратить на методику составления его теплового баланса и расчёта теплообмена в топке. Следует запомнить, что общий коэффициент теплоотдачи газов складывается из коэффициента конвективной теплоотдачи и коэффициента теплоотдачи лучеиспусканием. Необходимо знать, какая разница между определением коэффициента теплоотдачи для испарительной части котлоагрегата, пароперегревателя, водяного экономайзера и воздухоподогревателя и чем эта разница обуславливается. Разбирая вопросы теплообмена в топке и газоходах котельного агрегата, следует проанализировать пути интенсификации передачи теплоты, а также причины, ограничивающие рост коэффициента теплоотдачи в различных поверхностях нагрева.
Запоминать эмпирические расчётные формулы студенту не обязательно.
Литература: 2, 161-187.
Вопросы для самопроверки
1. Какова принципиальная схема компоновки оборудования современной котельной?
2. Какие существуют способы сжигания топлива в топках паровых котлов? Какие существуют типы котельных топок?
3. Почему для осуществления процесса полного горения в топку приходиться подавать избыточное количество воздуха? Что называется коэффициентом избытка воздуха, каковы его значения для различных типов топок и топлива, чем определяются эти значения?
4. Какие причины вызывают потери при механической и химической неполноте сгорания топлива, какова величина этих потерь для основных видов топлива и основных типов топок? Какие характеристики топлива, и в каком направлении влияют на величину этих потерь?
5. Что определяет тепловое напряжение топочного пространства и тепловое напряжение зеркала горения; каков порядок величин этих параметров для слоевых топок? Каковы приблизительные значения теплонапряжения топочного пространства для камерных топок при различных видах топлива?
5. Каким путём отдаётся теплота продуктов сгорания поверхностям нагрева в топке, каковы при этом средства увеличения и уменьшения количества теплоты?
6. Какие существуют типы механизированных слоёв топок и какова область их применения по роду топлива и паропроизводительности котельного агрегата?
7. Какие существуют типы мельниц для размола топлива? Область их применения.
8. Какие существуют типы топок для сжигания пылевидного, жидкого и газообразного топлива? Назовите существующие типы горелок для жидкого, газообразного и пылевидного топлива.
9. Напишите уравнение теплового баланса котла и охарактеризуйте каждую составляющую баланса.
10. Каковы основные схемы пароперегревателей, водяных экономайзеров и воздухоподогревателей.
11. Расскажите об основных правилах техники безопасности при эксплуатации котлов.
Теплогенераторы
Теплогенераторы широко используются в сельском хозяйстве для создания микроклимата в животноводческих, птицеводческих, производственных помещениях, в теплицах и парниках; применяются они и для сушки зерна, трав, семян и т.д. В холодное время их используют для прогрева двигателей тракторов и автомобилей перед пуском. Ознакомьтесь с устройством теплогенераторов, их типами и краткими характеристиками. В сельское хозяйство поступают теплогенераторы следующих марок: ТГ-75, ТГ-150, ТГ-1,5А, ТГ-2,5А, ТГ-3,5А, ТГ-400, ТГ-1000, ВПТ-400, ВПТ-600, УТ-130, УТ-15. Изучите устройство топливной системы, тягодутьевые устройства, горелки для сжигания топлива, систему автоматического управления.
Наряду с теплогенераторами находят применение газовые водонагреватели и газовые отопительные приборы. Рассмотрите типы этих приборов, их назначение, устройство и принцип работы.
Литература: 6, с. 24-28.
Вопросы для самопроверки
1. Как подсчитывается расход топлива расходуемого теплогенератором?
2. Каковы основные правила техники безопасности при эксплуатации теплогенераторов?
3. Назовите область применения в сельском хозяйстве газовых отопительных приборов.
4. Как рассчитывается число газовых горелок инфракрасного излучения для обогреваемого помещения?
Компрессорные машины
Компрессорные машины предназначены для перемещения рабочего тела и повышения его давления. Студенту необходимо знать принцип работы компрессора, усвоить его устройство и классификацию компрессорных машин. Уяснить формулы для определения мощности, потребляемой охлаждаемыми и неохлаждаемыми компрессорами, их различие, обратить внимание на понятие полного адиабатного и изотермического КПД компрессора.
Литература: 2, с. 221-240.
Вопросы для самопроверки
1. Расскажите о классификации компрессорных машин и принципе работы компрессора.
2. Опишите принцип работы и устройство поршневого одноступенчатого компрессора. Приведите его действительную индикаторную диаграмму. Чему равна его действительная производительность?
3. Приведите индикаторную диаграмму многоступенчатого поршневого компрессора. Почему многоступенчатое сжатие уменьшает работу сжатия?
4. Напишите и объясните формулы, определяющие основные КПД компрессора.
5. Объясните принцип работы радиальных и осевых компрессоров.
6. Как производится выбор вентиляторов?
7. Каковы особенности последовательной и параллельной работы вентиляторов в сети?
Задания к контрольной работе
Задача 1.В процессе изменения состояния 1 кг газа внутренняя энергия его увеличивается на u. При этом над газом совершается работа, равная 1. Начальная температура газаt1, конечное давление p2.
Определить для заданного газа показатель политропы n, начальные и конечные параметры, изменение энтропии s и изменение энтальпии h. Представить процесс в p-v и T-s диаграммах. Изобразите также изобарный, изохорный, изотермический и адиабатный процессы, проходящую через ту же начальную точку, и дать их сравнительный анализ.
Контрольный вопрос. Какова общая формулировка и математическое выражение первого закона термодинамики.
Задача 2.Определить параметры рабочего тела в характерных точках идеального цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания с изохорно - изобарным подводом теплоты, если известны давление 
и температура 
рабочего тела в начале сжатия. Степень сжатия, степень повышения давления, степень предварительного расширения заданы.
Определить работу, получаемую от цикла, его термический КПД и изменение энтропии отдельных процессов цикла. За рабочее тело принять воздух, считая теплоёмкость его в расчётном интервале температур постоянной.
Построить на миллиметровке в масштабе этот цикл в координатах p-v и T-s . Дать к полученным графикам соответствующие пояснения.
Контрольный вопрос. В чём смысл второго закона термодинамики.
Задача 3.Показать сравнительным расчётом целесообразность применения пара высоких начальных параметров и низкого конечного давления на примере паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина, определив располагаемый теплоперепад, термический КПД цикла и удельный расход пара для двух различных значений начальных и конечных параметров пара. Указать конечное значение степени сухости 
. Изобразите схему простейшей паросиловой установки, и дать краткое описание её работы. Представить цикл Ренкина в диаграммах T-s и h-s . Задачу решать с помощью h-s диаграммы.
Представить графическое решение задачи в диаграмме.
Задача 4.Определить потери тепла за 1 час с 1 мм длины горизонтально расположенной цилиндрической трубы, охлаждаемой свободным потоком воздуха, если известны наружный диаметр d трубы, температура стенки трубы tст и температура воздуха tв в помещении.
Контрольный вопрос. Какими основными безразмерными числами подобия определяется конвективная теплоотдача и каков физический смысл этих чисел подобия.
Задача 5. Определить площадь поверхности нагрева газоводяного рекуперативного теплообменника работающего по противоточной схеме. Греющий теплоноситель -дымовые газы с начальной температурой tг1 и конечной-tг2. Расход воды через теплообменник-Gв, начальная температура воды-tв1, конечная-tв2. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенки трубы- 
и от стенки трубы к воде- 
. Теплообменник выполнен из стальных труб с наружным диаметром d=50 мм и толщиной стенки =4 мм. Стенку считать чистой с обеих сторон.
Определить также величину поверхности теплообмена при выполнении теплообменника по прямоточной схеме и сохранении остальных параметров неизменными.
Для обеих схем движения теплоносителей показать без расчёта графики изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена. Указать преимущества противоточной схемы.
Контрольный вопрос. Объясните физический смысл коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи. От каких факторов зависит их величина.
Подклеивается к выполненной работе
ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ
для контрольной работы по дисциплине
«Теплотехника и применение теплоты в сельском хозяйстве»
(заполняется преподавателем)
Студенту____________________________________№______________
(Фамилия, и., о.) (шифр)
Задача 1
| ∆u, кДж/кг | l, кДж/кг | t1, oC | p2, MПа | Род газа |
Задача 2
| р1, МПа | t1оС | ε | λ | ρ |
Задача 3
| Параметры пара I варианта | Параметры пара II варианта | ||||
| р1, МПа | t1,оС | р2, МПа | р1, МПа | t1, оС | p2, МПа |
Задача 4
| d, мм | tc,oC | tB,oC |
Задача 5
| αr, Вт/(м2∙К) | αв, Вт/(м2∙К) | GВ, кг/ч | tB1, оС | tB2, оС | tГ1,оС | tГ2,оС |
Задание выдал преподаватель _______________________________________
(Подпись и ее расшифровка)
« »___________________20 г.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Примерный тематический план лекций и лабораторных занятий по дисциплине
«Теплотехника и применение теплоты в сельском хозяйстве»
| № п/п | Наименование темы | Количество часов |
| Лекции | ||
| Техническая термодинамика. Первый закон термодинамики и термодинамические процессы | ||
| Второй закон термодинамики. Циклы тепловых машин. | ||
| Основы теории теплопередачи. Теплопроводность. Тепловое излучение Конвективный теплообмен. | ||
| Тепло передача. Тепловой расчет теплообменных аппаратов. Применение теплоты в сельском хозяйстве. Вентиляция и отопление животноводческих помещений | ||
| Применение теплоты на животноводческих фермах и комплексах. Обогрев сооружений защищенного грунта. Сушка продуктов сельскохозяйственного производства | ||
| Лабораторные занятия | ||
| Исследование политропных процессов | ||
| Циклы тепловых машин | ||
| Определение коэффициента теплоотдачи | ||
| Определение состава продуктов сгорания | ||
| Тепловой баланс котельного агрегата |
ФГОУ ВО Омский государственный аграрный
университет
На правах рукописи
Теплофизика
методические указания по изучению дисциплины и задания
к контрольной работе
студентам-заочникам сельскохозяйственных высших учебных заведений
специальности 200301- Техносферная безопасность
Омск 2016
Составил доцент Л. С. Керученко
Ответственный за выпуск доцент Мяло В.В.
Рецензент доцент
ВВЕДЕНИЕ
Использование теплоты в различных отраслях хозяйства является неотъемлемыми атрибутами современной цивилизации. На долю теплоты приходится около 90% всей потребляемой сельским хозяйством энергии. Как правило, теплота получается за счёт сжигания топлива.
Теплофикация представляет собой интегрированную систему, включающую вопросы получения теплоты, ее распределения и учета. Развитие сельской теплофикации является одним из важнейших условий подъема сельского хозяйства, перевода его на промышленную основу, повышения его эффективности. Создание крупных животноводческих комплексов на промышленной основе, теплично-парниковых хозяйств, увеличение капитального строительства жилых, культурно-бытовых и производственных зданий в сельскохозяйственных предприятиях невозможно без увеличения потребления тепловой энергии.
В настоящее время для производства тепловой энергии в основном используется газообразное и твердое топливо. Твёрдое топливо, в связи с низкой эффективностью его сжигания в топках котлов, используемых в сельском хозяйстве, за последние годы вытесняется газообразным топливом..
Эффективное и экономичное использование тепловой энергии в сельском хозяйстве требует постоянного совершенствования теплотехнических процессов, утилизации тепловых отходов промышленных предприятий для сельскохозяйственных нужд, а также использование низкопотенциальных источников теплоты.
Важной проблемой теплоэнергетики, в том числе и сельскохозяйственной, является охрана окружающей среды. В связи с этим большое значение приобретает подготовка высококвалифицированных специалистов, способных решать вопросы эффективного и экономичного использования тепловой энергии в сельском хозяйстве.
Раздел 1. Общие методические рекомендации по изучению дисциплины
Дисциплина Теплофизика изучается студентами-заочниками на 3 курсе в соответствии с учебным планом для специальностей направление подготовки 200301-Техносферная безопасность.
Методические указания по изучению дисциплины составлены по рабочей программе дисциплины «Теплофизика» по направлению подготовка 200301 – Техносферная безопасность,утверждённой ректором ОмГАУ .
Студенты-заочники самостоятельно изучают дисциплину по основным рекомендованным учебникам. Для более глубокого изучения отдельных тем и вопросов рекомендуется дополнительная литература.
Если при изучении курса возникнут затруднения, которые студент не в состоянии самостоятельно решить, он может в письменной форме обратится к преподавателю или получить устную консультацию на кафедре.
Закончив изучение материала по тому или другому разделу, необходимо в целях лучшего усвоения ответить на вопросы для самопроверки.
После изучения теоретического материала студент приступает к выполнению индивидуального контрольного задания.
Выполненная контрольная работа высылается в институт на рецензирование.
Приезжая на лабораторно-экзаменационную сессию в институт, студент слушает лекции по наиболее сложным темам дисциплины и выполняет лабораторные занятия; завершается курс сдачей экзамена. К экзамену допускаются студенты, выполнившие контрольные задания и лабораторные работы.
Примерные затраты учебного времени по темам дисциплины «Теплофизика»
| № п/п | Название темы | Количество часов самостоятельной работы |
| Теоретические основы теплоизика | ||
| Теплоэнергетические установки | ||
| Применение теплоты в сельском хозяйстве | ||
| Итого | ||
| Выполнение контрольной работы | ||
| Всего |
Раздел 2. Методические указания по разделам курса
Введение
При изучении данного курса необходимо уяснить роль и значение теплоэнергетики в народном хозяйстве РФ, развитие и современный уровень отечественной и мировой теплоэнергетической науки и техники, уделить внимание работам отечественных учёных и инженеров по разработке теоретических проблем теплотехники и созданию наиболее экономичных и перспективных типов и конструкций тепловых машин, агрегатов и аппаратов.
Обратите особое внимание на основные тенденции в развитии теплоэнергетического хозяйства РФ, а также на перспективы развития сельскохозяйственной теплоэнергетики при эксплуатации технологического оборудования.
Часть 1. Теоретические основы теплофизики
Техническая термодинамика
1.1.1. Основные понятия и определения
Изучение законов взаимного превращения теплоты и работы и установление эффективных способов осуществления этого превращения - одна из важнейших задач курса Техническая термодинамика.
В основу технической термодинамики положены первый и второй законы термодинамики. В начале изучения данной темы, студент должен чётко уяснить назначение рабочего тела в теплотехнических установках, а также изучить основные свойства и параметры состояния рабочих тел. Необходимо знать законы, устанавливающие связи между этими параметрами не только для идеальных газов, но и для реальных газов. Необходимо твёрдо усвоить такие понятия, как энергия, теплота, работа, термодинамический процесс, термодинамическая система, равновесные и неравновесные состояния, так как на основе этих понятий пойдёт дальнейшее изложение материала.
Литература 1; 2, с. 4-12; 3.
Вопросы для самопроверки.
1. Каково значение теплоэнергетики в народном хозяйстве РФ?
2. Основные вопросы технической термодинамики.
3. Какими параметрами характеризуется состояние газа, и каковы единицы измерения этих параметров.
4. Напишите уравнение состояния идеальных газов, укажите, в каких единицах измеряются величины, входящие в него, объясните физический смысл газовой постоянной.
5. Объясните понятие киломоля вещества. Напишите уравнение состояния для киломоля идеального газа. Объясните физический смысл универсальной газовой постоянной.
6. Как определяется абсолютное давление?
Теплоёмкость
В тепловых расчётах, связанных с определением количества теплоты, большое значение имеет теплоёмкость рабочего тела. При изучении этого вопроса необходимо четко усвоить понятие истинной, средней и удельной теплоёмкости. Особое внимание необходимо обратить на зависимость теплоемкости газов от процесса и от температуры, а также усвоить разницу между единицами измерения массовой, объемной и молярной теплоёмкостей. При рассмотрении молярной теплоёмкости газов следует усвоить, что молярные теплоёмкости, если пренебречь их зависимостью от температуры, зависят от характера процесса и автономности газов.
Например, в процессе при постоянном объеме молярные теплоёмкости двухатомных газов равны 20,93 кДж/ (моль К), трёхатомных газов – 29,3 кДж/ (моль К).
Обратите внимание на то, что в отличии от теплоёмкости жидких и твёрдых тел теплоёмкость газов всецело зависит от вида термодинамического процесса и может изменяться от – ∞до + ∞, при этом важно усвоить понятие об отрицательной теплоёмкости газов. Значение массовой, объемной и молярной теплоёмкостей могут быть вычислены по эмпирически