Щербаков В.Н. Методические указания по изучению курса Термодинамика и тепломассообмен - файл n1.doc

Щербаков В.Н. Методические указания по изучению курса Термодинамика и тепломассообмен
скачать (316 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc316kb.04.12.2012 06:32скачать

n1.doc



ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Гидравлика, ГПА и ТП»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по изучению курса «Термодинамика и тепломассообмен»

(раздел «Техническая термодинамика) для студентов,

обучающихся по специальности 150802

«Гидромашины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика»


Ростов-на-Дону

2008 г.

Составитель: доц., к.т.н. Щербаков В.Н.

Методические указания по изучению курса «Термодинамика и тепломассообмен» (раздел «Техническая термодинамика) / ДГТУ Ростов н / Д, 2008г. 18 с.

Настоящие методические указания предназначены для повышения эффективности самостоятельной работы студентов с изучаемым материалом и построены в соответствии с программой курса. Проведен подробный перечень тем с методическими указаниями по их изучению. Для лучшего усвоения материала и приобретения практических навыков имеются контрольные вопросы для самоподготовки. Весь материал изложен со ссылками на рекомендуемую литературу.

Методические указания могут быть использованы для самоподготовки студентами других специальностей всех форм обучения.
Печатается по решению методической комиссии факультета «Авиастроение. Транспорт, сервис и эксплуатация»
Научный редактор

канд.техн. наук, доцент Чернавский В.А.

Рецензент доцент,

канд.техн. наук, доцент Анисимов А.В.

© Щербаков В.Н., 2008

© Издательский центр ДГТУ, 2008

Тема 1. Введение.
1.1. Предмет технической термодинамики. Задачи и методы исследования.

1.2. Основные термодинамические параметры состояния. Международная система единиц СИ.

1.3. Термодинамическая система. Равновесное и неравновесное состояние. Термодинамическое уравнение состояния.

1.4. Термодинамический процесс. Термодинамическое равновесие. Равновесный и неравновесный, обратимый и необратимый процессы.

1.5. Способы передачи энергии. Рабочее тело.

1.6. Теплофизические свойства веществ. Понятие и классификация.
Методические указания.
Изложенные в этом разделе темы являются основополагающими при изучении студентами курса. Поэтому студент должен обратить особое внимание на правильность усвоения материала. По мере изучения материала желательно законспектировать ответы на контрольные вопросы по теме.
Литература: [1,гл.1; 2,гл.1; 3,гл.1; 4,гл.1; 5; 6; 7].
Контрольные вопросы по теме 1.


  1. Какие основные вопросы рассматривает техническая термодинамика?

  2. Какие величины называются термодинамическими параметрами?

  3. Какие термодинамические параметры относят к основным, какова их размерность?

  4. Назовите основные единицы международной системы СИ.

  5. Дайте определение удельного объема и плотности газа.

  6. В чем заключается различие между абсолютным и избыточным давлением? Какое давление называется барометрическим и вакуумметрическим? Как связаны все эти давления между собой?

  7. Какую температуру называют абсолютной?

  8. Какие температурные шкалы приняты в России?

  9. Какое состояние называется равновесным, а какое – неравновесным?

  10. Что называют термодинамической системой и окружающей средой?

  11. Что называют уравнением состояния?

  12. Что называют термодинамическим процессом, как могут протекать термодинамические процессы?

  13. Какие процессы называются обратимыми и необратимыми?

  14. Что такое термодинамическое равновесие?

  15. Какие процессы называют равновесными, а какие – неравновесными?

  16. Дать определение кругового процесса.

  17. Какие способы передачи энергии Вы знаете?

  18. Что понимают под рабочим телом?

  19. Какие свойства веществ называют теплофизическими? Как их классифицируют?


Тема 2. Идеальные и реальные газы и их смеси.
2.1. Определение идеального и реального газа. Основные законы идеальных газов. Уравнения состояния идеальных и реальных газов. Универсальное уравнение состояния идеального газа. Газовая постоянная универсальная и характеристическая. Внутренняя энергия и энтальпия идеального газа.

2.2. Средняя, истинная, массовая, объемная, мольная теплоемкости. Связь между массовой, объемной и мольной теплоемкостями. Зависимость теплоемкости от характера процесса и температуры, от атомности газа. Отношение теплоемкостей Ср и Сv , уравнение Майера. Определение qv и qр для идеальных газов по таблицам теплоемкостей.

2.3. Понятие смеси идеальных газов. Основные свойства газовых смесей. Закон Дальтона. Способы задания смеси. Парциальное давление. Парциальный объем компонента. Средняя молекулярная масса смеси. Газовая постоянная смеси. Связь между массовыми и объемными долями. Теплоемкость смеси идеальных газов. Молекулярно – кинетическая теория теплоемкости.

2.4. Свойства реальных газов. Коэффициент сжимаемости. Температура Бойля. Уравнение состояния Майера-Боголюбова. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Поправки в уравнении. Корни уравнения, характерные области состояния и пограничные кривые на P-V диаграмме. Критическая температура. Приведенное уравнение. Закон соответственных состояний. Уравнение Вукаловича-Новикова.

2.5. Использование газов в пневмоавтоматике.

2.6. Влажный воздух как смесь сухого воздуха и водяных паров. Параметры влажного воздуха – температура, барометрическое давление, абсолютная и относительная влажность, влагосодержание, парциальное давление водяного пара, энтальпия. Определение параметров влажного воздуха. Диаграмма h-d для влажного воздуха.

2.7. Влажный воздух в системах пневмоавтоматики.
Методические указания.
При изучении материала этой темы студент должен обратить особое внимание на физическую модель идеального газа, ее отличие от модели реального газа, знать основные газовые законы, понимать смысл универсального уравнения состояния идеальных газов, смысл универсальной и характеристической газовой постоянной.

Нужно знать, как изменяется состояние газов в системах пневмоавтоматики.
В ходе изучения материала студент должен выяснить, какие факторы влияют на величину теплоемкости, внутренней энергии и энтальпии газа, освоить методику определения величины давления, температуры, объема, газовой постоянной, внутренней энергии, энтальпии, теплоемкости, уметь правильно пользоваться таблицами теплоемкости газов, понять, какие методы используют ученые для математического описания свойств реальных газов, что представляет собой влажный воздух и как нужно определять его параметры.

Необходимо иметь представление о том, какие процессы происходят с влажным воздухом в системах пневмоавтоматики.
Литература: [1,гл.1; 2,гл.1; 3,гл.1; 4,гл.(6-9),11; 6; 7].
Контрольные вопросы по теме 2.


  1. Почему в техническую термодинамику введено понятие идеального газа?

  2. При каких условиях реальные газы могут приближаться по свойствам к идеальным?

  3. Сформулируйте законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля, Авогадро.

  4. Характеристическое и универсальное уравнение состояния идеального газа, характеристическая и универсальная газовая постоянная. Физический смысл, размерность.

  5. Размерность всех величин, входящих в уравнение Клапейрона.

  6. Что такое киломоль газа?

  7. Почему внутренняя энергия и энтальпия идеального газа зависят только от температуры?

  8. Чем отличается истинная теплоемкость от средней?

  9. Что такое нормальные условия?

  10. Как изменяется Ср идеального газа с увеличением температуры?

  11. Запишите уравнение Майера.

  12. Сформулируйте закон Дальтона.

  13. Как зависят ?Сv и ?Сp от атомности газа при невысоких температурах?

  14. Напишите выражения для теплоемкости смеси газов, заданной массовыми, объемными долями.

  15. Объяснить величину k, как она определяется?

16. Как отличаются теплоемкости идеальных и реальных газов? Как объяснить неравенство, справедливое для реальных газов: Ср – Сv > R ?

17. Почему теплоемкость при постоянном давлении всегда больше теплоемкости при постоянном объеме?

18. Что такое коэффициент сжимаемости?

19. Уравнение Майера-Боголюбова.

20. Напишите уравнение Ван-дер-Ваальса. Для чего оно создано, какие поправки в него входят и что они означают?

21. Какие выводы можно сделать на основании анализа корней уравнения в P-V координатах?

22. Какие области и какие пограничные кривые можно выделить на P-V диаграмме, на основании анализа решений уравнения Ван-дер-Ваальса?

23. Что такое приведенное уравнение состояния?

24. Сформулируйте закон соответственных состояний. Что такое критический коэффициент?

25. Чем качественно отличается уравнение Вукаловича-Новикова для реальных газов от уравнения Ван-дер-Ваальса?

26. Как изменяется состояние воздуха в системах пневмоавтоматики.

27. Что представляет собой влажный воздух? Абсолютная и относительная влажность, влагосодержание, энтальпия влажного воздуха.

28. Как определяют основные параметры влажного воздуха? Как нужно пользоваться h-d диаграммой?

29. Влажный воздух в системах пневмоавтоматики.
Тема 3. Первый закон термодинамики и его приложение к термодинамическим процессам.

3.1. Формулировка и аналитическое выражение первого закона термодинамики. Внутренняя энергия – функция состояния тела. Работа и теплота, их определение в Р – V диаграмме.

3.2. Аналитическое выражение работы. Энтропия как функция состояния. Изменение энтропии и энтальпии идеального газа. Тепловая T - S диаграмма. Термические и калорические свойства вещества.

3.3. Термодинамические процессы идеальных газов – изотермный, изохорный, изобарный, адиабатный и политропный. Изображение процессов в P - V, T – S координатах, определение связи между параметрами процесса, вычисление работы, тепла, изменения энтропии, внутренней энергии, энтальпии процессов.
Методические указания.
Студент должен правильно усвоить понятие внутренней энергии, теплоты, работы и энтропии. При этом следует отметить, что внутренняя энергия и энтропия не зависят от пути термодинамического процесса, а являются лишь функцией состояния, т.е. зависят от начального и конечного состояния. Кроме того, энтропия зависит от массы вещества и обладает свойствами аддитивности.

Необходимо понять, почему оказалось удобным применение T – S диаграммы при анализе термодинамических процессов.

Следует запомнить, что внутреннюю энергию, энтальпию, энтропию, теплоемкости в термодинамике называют калорическими свойствами вещества, а удельный объем, абсолютное давление, температуру- термическими.

Студент должен также представлять схему расчета основных характеристик любого термодинамического процесса, уметь анализировать изменение каждой из них в зависимости от типа процесса, представлять каждый из процессов как частный вид политропного при изменении величины показателя n , изображать процессы в P – V, T – S координатах, производить расчеты параметров процессов.

Литература: [1,гл.1; 2,гл.1; 3,гл.1; 4,гл.2; 6; 7].
Контрольные вопросы по теме 3.


  1. Какова формулировка и аналитическое выражение закона эквивалентности между теплотой и работой?

  2. Какова формулировка и аналитическое выражение первого начала термодинамики?

  3. Что называют вечным двигателем первого рода?

  4. Что понимают под функцией состояния и функцией процесса?

  5. Почему работу изменения объема нельзя считать параметром состояния?

  6. Покажите, что работа является функцией процесса.

  7. Почему обратимые термодинамические процессы называют идеальными?

  8. Можно ли осуществить обратимый процесс на практике?

  9. Существует понятие работы газа в обратимом и необратимом процессе. Какая из этих двух работ больше при расширении и при сжатии газа?

  10. Приведите примеры необратимых термодинамических процессов.

  11. Чему равно изменение внутренней энергии в круговом процессе?

  12. Что изображает площадь под кривой процесса на P-V диаграмме?

  13. Как зависит работа, теплота, изменение внутренней энергии, энтропии от величины показателя политропы?

  14. Как в T – S диаграмме по данной кривой процесса определить знак q и ?U ?

  15. В каком процессе все подведенное тепло идет на совершение работы?

  16. От каких параметров зависит внутренняя энергия идеального и реального газов?

  17. В чем заключается физический смысл энтальпии?

  18. Форма аналитического выражения первого закона термодинамики с использованием энтальпии.



Тема 4. Второй закон термодинамики.
4.1. Значение второго закона для развития термодинамики. Формулировка Клаузиуса и Томсона.

4.2. Круговые термодинамические процессы и их обратимость. Прямой и обратный цикл Карно. Термический к.п.д. цикла. Холодильный коэффициент. Содержание теоремы Карно.

4.3. Математическое выражение второго закона термодинамики. Свойства обратимых и необратимых циклов. Регенеративный цикл Карно.

4.4. Эксергия. Среднеинтегральная температура.

4.5. Изменение энтропии в обратимых и необратимых процессах для изолированной термодинамической системы. Принцип возрастания энтропии

dS ? 0, физический смысл второго начала термодинамики. Интегралы Клаузиуса.

4.6. Ошибочность обобщений Клаузиуса относительно тепловой смерти Вселенной. Статистический характер второго начала термодинамики.

4.7. Описание термодинамических систем. Характеристические функции: внутренняя энергия, изохорно-изотермический, изобарно-изотермический потенциалы, энтропия, обьем, как источник информации о характеристиках термодинамических систем.

4.8. Дифференциальные уравнения термодинамики в частных производных. Количественные связи между различными свойствами веществ.

Методические указания.
При изучении этой темы студент должен правильно понять значение второго закона термодинамики и те задачи, которые, в отличие от первого закона, позволяет решить второй.

Физический смысл второго закона должен быть понят с точки зрения превращения теплоты в работу. Следует обратить внимание на постулат Клаузиуса, который, выражая сущность второго закона, внешне отличается от формулировки Томсона.

Рассматривая циклы, следует понять, что цикл Карно является энергетически наиболее совершенным в заданном интервале температур подвода и отвода тепла из всех других циклов, что его к.п.д. не зависит от свойств рабочего тела.

Из анализа выражения для термического к.п.д. цикла Карно ?t следует, что нужно стремиться к увеличению разницы между температурами подвода и отвода тепла для повышения ?t.

В элементарном обратимом процессе изменения энтропии dS = dQ/T, в необратимом dS > dQ/T. Для обратимого цикла что является математической записью второго начала термодинамики. Следует понять, что к.п.д. обратимого цикла всегда больше к.п.д. необратимого цикла.

Необходимо иметь правильное представление о работе, которую совершает изолированная система при изменении своего состояния и условиях, при которых получается максимальная работа, уметь объяснять сущность понятия эксергии как максимальной полезной работы, эксергетического метода исследования и эксергетического к.п.д., характеризующего степень обратимости протекающего процесса, являющегося удобным показателем для определения термодинамического совершенства любого теплового аппарата.

Рассматривая вероятностный подход к состоянию термодинамической системы, нужно уметь правильно объяснять сущность метода, связь энтропии с вероятностью состояния системы, давать формулировку второго закона термодинамики по Больцману, понимать содержание и важность выводов Больцмана, указывающих на статистический, относительный характер второго закона.

При описании термодинамических свойств систем используют характеристические функции, применяя второй закон для аналитического метода исследования. Необходимо понять, что они представляют собой, каковы их свойства и какие результаты с их помощью можно получить.

Рассматривая дифференциальные уравнения термодинамики, следует понять, что, если производные характеристических функций определяют физические свойства вещества, то дифференциальные уравнения термодинамики выражают количественные связи между различными физическими свойствами вещества, вытекающие из первого и второго законов термодинамики.

Литература: [1,гл.1; 2,гл.1; 3,гл.1; 4,гл.3,4; 6; 7].
Контрольные вопросы по теме 4.
1. Можно ли использовать внутреннюю энергию океанов, воздуха с целью непрерывного получения полезной работы без каких-либо затрат энергии?

2. Можно ли превратить всю подведенную в круговом процессе теплоту в работу?

3. Как связано изменение энтропии с теплотой и абсолютной температурой?

4. Основные формулировки второго закона термодинамики.

5. Что называют круговым процессом или циклом, какие бывают циклы?

6. Что такое термический к.п.д. цикла, может ли он быть равным единице и при каких условиях?

7. Опишите обратимый цикл Карно, запишите выражение для его термического к.п.д. и проанализируйте его.

8. Можно ли создать такой тепловой двигатель, у которого термический к.п.д. цикла будет больше, чем у цикла Карно? При помощи T-S диаграммы покажите, что в заданных пределах температур к.п.д. цикла Карно больше, чем к.п.д. других циклов.

9. Что такое обратный цикл Карно и холодильный коэффициент?

10. В чем заключается сущность теоремы Карно?

11. Свойства обратимых и необратимых циклов. Интегралы Клаузиуса.

12. Изобразите обобщенный (регенеративный) цикл Карно в T-S диаграмме, запишите выражение для его к.п.д..

13. Как изменяется энтропия в замкнутой адиабатной системе, если в ней идут обратимые и необратимые процессы?

14. Как изменяется работоспособность и энтропия тела в необратимых процессах?

15. Покажите, как определить максимальную полезную работу рабочего

тела, дайте определение эксергии, эксергетического к.п.д., эксергетического метода исследования термодинамических процессов.

16. Объясните, в чем заключается статистический характер второго закона термодинамики, к каким наиболее важным выводам пришел Больцман, связывая энтропию системы и вероятность ее состояния?

17. Для чего введено понятие о среднеинтегральной температуре, как определяется эта величина? Напишите выражение для к.п.д. любого цикла с использованием среднеинтегральных температур.

18. Какие функции состояния называются характеристическими?

19. Какое выражение называют термодинамическим тождеством?

20. Особенности термодинамических функций.

21. Основные термодинамические функции и независимые переменные.

22. Что называют термодинамическими потенциалами, какие виды потенциалов Вы знаете, в чем заключается их физический смысл?

23. Что позволяют определить дифференциальные уравнения термодинамики?

24. Какие уравнения являются исходными при создании дифференциальных уравнений термодинамики?
Тема 5. Фазовые равновесия.

5.1. Агрегатные состояния и фазы.

5.2. Общие условия равновесия термодинамической системы.

5.3. Условия равновесия нескольких фаз вещества. Фазовые Р-Т и P-V диаграммы.

5.4. Уравнение Клапейрона - Клаузиуса.

5.5. Правило фаз Гиббса.
Методические указания.
При изучении этого раздела студент должен обратить особое внимание на условия равновесия термодинамической системы, выяснить, от каких величин оно зависит и каким образом.

Необходимо выяснить, что называется фазовым равновесием, уметь записывать условия равновесия фаз для двухфазной системы, состоящей из двух фаз одного и того же вещества.

Рассматривая условия равновесия сложных систем, нужно понять, какую роль играет химический потенциал компонента при его переходе из одной фазы в другую в равновесной гетерогенной системе, что позволяет определить правило фаз Гиббса.

Рассматривая фазовые Р-Т и P-V диаграммы, нужно вспомнить, что называется плавлением, сублимацией, возгонкой, парообразованием, кристаллизацией, десублимацией, конденсацией, фазовым переходом.

Необходимо научиться правильно определять, в каком состоянии находится вещество в разных точках диаграмм, какие процессы соответствуют различным линиям.

Рассматривая уравнение Клапейрона – Клаузиуса, нужно не забывать, что оно применимо ко всяким изменениям агрегатного состояния химически однородных веществ и в общем виде характеризует изменение давления находящихся в равновесии фаз от температуры.
Литература: [1,гл.5; 2,гл.1; 4,гл.5; 6; 7].
Контрольные вопросы по теме 5.


  1. Какие условия являются необходимыми для устойчивого равновесия термодинамической системы?

  2. Каковы условия равновесия однородной системы?

  3. В чем заключаются условия равновесия нескольких фаз вещества? Что такое фазовый переход, фазовая диаграмма?

  4. Фазовая P-V диаграмма.

  5. Фазовая T-S диаграмма.

  6. Правило фаз Гиббса.

  7. Вывод уравнения Клапейрона-Клаузиуса.

  8. Какие величины можно определить с помощью уравнения Клапейрона-Клаузиуса?

  9. К каким изменениям агрегатного состояния вещества применимо уравнение Клапейрона-Клаузиуса?

Тема 6. Истечение и дросселирование газов.
6.1. Первый закон термодинамики применительно к потоку газа. Работа проталкивания.

6.2. Располагаемая работа.

6.3. Адиабатное истечение. Критические параметры.

6.4. Условия течения идеального газа по каналам переменного сечения.

6.5. Истечение идеального газа из суживающегося сопла.

6.6. Сопло Лаваля.

6.7. Дросселирование газов. Эффект Джоуля-Томсона. Точка инверсии.
Методические указания.
Приступая к изучению этого раздела, студент должен иметь представление об устройствах, в которых работа производится за счет внешней кинетической энергии рабочего тела. Следует понять, что в процессах изменения состояния движущегося газа теплота расходуется не только на изменение внутренней энергии и совершение внешней работы, но и на приращение внешней кинетической энергии газа при перемещении по каналу.

Нужно иметь представление о том, что называют располагаемой работой и работой проталкивания, уметь определять эти величины.

Рассматривая адиабатный процесс истечения газа, необходимо уметь определять скорость истечения и расход из основного уравнения располагаемой работы, анализировать уравнение массового расхода газа, знать, что такое критическое давление, критическая скорость и максимальный расход.

Анализируя условия течения идеального газа по каналам переменного сечения, нужно понять, почему в зависимости от скорости газа на входе один и тот же канал может стать и соплом и диффузором.

Рассматривая истечение газов с учетом трения, нужно понять, как трение влияет на процесс истечения и какими показателями учитывается это влияние.

Рассматривая сопло Лаваля, нужно обратить внимание на его преимущества и область применения.

Изучая процесс дросселирования следует установить, почему происходит падение давления и от каких фактором зависит его величина, что происходит с кинетической энергией газа, почему дросселирование - необратимый процесс.

Говоря об эффекте Джоуля-Томсона, нужно отметить, что в отличие от идеального газа, изменение температуры реального газа при дросселировании определяется отклонением свойств реального газа от идеального. Это связано с действием межмолекулярных сил.
Литература: [1,гл.3; 3,гл.1; 4,гл.16,18; 6; 7].

Контрольные вопросы по теме 6.


  1. Напишите уравнение первого закона термодинамики для потока и объясните смысл входящих в него величин.

  2. Напишите уравнение первого закона термодинамики для потока с использованием понятия энтальпии.

  3. Как выводится уравнение для работы проталкивания?

  4. Что такое располагаемая работа? Как она изображается на P-V диаграмме?

  5. Почему изменяется внешняя кинетическая энергия при адиабатном истечении газа?

  6. Располагаемая работа в адиабатном и политропном процессах.

  7. Скорость истечения жидкости и идеального газа при адиабатном процессе.

  8. Напишите уравнение для секундного расхода газа и выполните его анализ.

  9. Что такое критическое отношение давлений?

10. Как определяется критическая скорость? Как она связана со скоростью звука?

11. Максимальный расход идеального газа и его определение.

12. Какими могут быть условия течения газа по каналам

переменного сечения?

13. Сопло и диффузор при различных скоростях газа на входе.

14. Случаи истечения газа через суживающееся сопло.

15. Сопло Лаваля. Для чего оно создано, как работает и какие имеет характеристики?

16. Истечение газов и паров при наличии трения.

17. Что такое дросселирование газа? В чем заключается эффект Джоуля-Томсона?

18. Какое состояние реального газа называют соответствующим точке инверсии?

19. Практическое использование процесса дросселирования.

20. Имеет ли место дросселирование газа в системах пневмоавтоматики?
Тема 7. Компрессоры.
7.1. Назначение, принцип действия и краткая характеристика различных типов компрессоров.

7.2. Одноступенчатый и многоступенчатый поршневой компрессор. Термодинамический цикл компрессора в P-V и T-S диаграммах.

7.3. Основы теплового расчета.

7.4. Применение компрессоров в системах пневмоавтоматики.
Методические указания.
При изучении материала темы студент должен понять, что, несмотря на различие в принципах работы и конструктивном оформлении, термодинамика процессов сжатия в компрессорах одинакова для всех типов машин.

Нужно выяснить, как устроен и работает компрессор, почему рассматривают теоретическую модель и как она отличается от реального устройства, что является основной целью термодинамического расчета, как определяется работа на привод компрессора, какие процессы происходят за один рабочий цикл и как они изображаются на P-V и T-S диаграммах, чем отличается действительная индикаторная диаграмма от теоретической.

Следует обратить внимание на показатели, характеризующие эффективность работы компрессора, понять, зачем применяют охлаждение камеры сжатия, почему используют многоступенчатое сжатие, как работает многоступенчатый компрессор, как изображаются процессы в P-V и T-S диаграммах, как определяются параметры газа и величина работы на привод компрессора.

Нужно знать для чего применяют компрессоры в системах пневмоавтоматики, какие типы компрессоров чаще всего используют.
Литература: [1,гл.4; 3,гл.1; 4,гл.19; 6; 7].

Контрольные вопросы по теме 7.


  1. Какую машину называют компрессором?

  2. Какие виды компрессоров Вы знаете?

  3. Как устроен и работает одноступенчатый компрессор?

  4. Какие допущения делаются при изучении идеального компрессора, отличающие его от реального?

  5. Теоретическая и реальная индикаторная диаграмма одноступенчатого компрессора.

  6. Почему в реальном поршневом компрессоре поступление воздуха в цилиндр происходит не на всем протяжении хода поршня?

  7. Какие процессы возможны при сжатии газа в компрессоре?

  8. Какой процесс сжатия наиболее выгоден и какой наименее выгоден?

  9. Что такое вредное пространство, объемный к.п.д., коэффициент наполнения?

  10. Как влияет на показатель политропы сжатия усиление охлаждения стенок компрессора?

  11. От каких величин зависит наибольшее допустимое давление в конце сжатия в компрессоре?

  12. Как определяют работу на привод одноступенчатого компрессора?

  13. Для чего применяют многоступенчатое сжатие?

  14. Дайте описание многоступенчатого компрессора.

  15. Теоретическая индикаторная диаграмма многоступенчатого компрессора.

  16. При каких условиях осуществляют многоступенчатое сжатие?

  17. Как определяется работа на привод многоступенчатого компрессора и количество отведенного тепла?

  18. Для чего применяют компрессоры в системах пневмоавтоматики?

  19. Какие компрессоры применяют в системах пневмоавтоматики?

Тема 8. Циклы тепловых двигателей, паросиловых установок и холодильных машин.
Методические указания.
Приступив к изучению темы, студент должен понять, что в реальных тепловых машинах превращение теплоты в работу связано со сложными физико-химическими, газодинамическими и термодинамическими процессами, учет которых делает изучение циклов сложным. Оно базируется в основном на экспериментальных исследованиях.

Для того, чтобы вместо действительных циклов рассматривать термодинамические, состоящие из обратимых термодинамических процессов, работу тепловых машин нужно идеализировать, приняв целый ряд допущений. Студент должен хорошо знать, в чем суть этих допущений и к каким погрешностям они могут привести.

Рассматривая идеальные циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС), необходимо научиться определять количество подведенной и отведенной теплоты, основные параметры рабочего тела во всех точках цикла, термический к.п.д., производить анализ термического к.п.д..

Нужно знать, что такое степень сжатия, степень повышения давления, степень предварительного расширения.

Рассматривая циклы с подводом тепла при постоянном объеме и при постоянном давлении, а также со смешанным подводом тепла, уметь оценивать влияние различных факторов на величину термического к.п.д., сравнивать эффективность циклов, используя T-S диаграмму и понятие среднеинтегральной температуры, иметь представление об обобщенном термодинамическом цикле тепловых двигателей.

Рассматривая циклы газотурбинной, паротурбинной, парогазовой установок, необходимо наряду с описанием принципа действия и процессов цикла уделить особое внимание сравнению эффективности циклов и способам ее повышения.

Рассматривая холодильные установки, нужно понять, в чем заключается их общий принцип действия, как их принято классифицировать, почему воздушные и пароэжекторные установки не получили распространения, что является показателем совершенства установок, почему абсорбционные холодильные установки, термодинамические менее совершенные, чем паровые, все же получили широкое распространение.

Необходимо понять принцип действия устройств, применяемых для сжижения газов, знать, для чего предназначен тепловой насос и как он работает, что характеризует коэффициент теплоиспользования, что используют в качестве источника тепла с низкой температурой.

Литература: [1,гл.4; 2,гл.1; 3,гл.1; 4,гл.20-22; 6; 7].

Контрольные вопросы по теме 8.


  1. На какие группы делятся поршневые ДВС?

  2. Какие основные характеристики циклов Вам известны?

  3. Опишите идеальный цикл ДВС с подводом тепла при V=const. Формула для термического к.п.д., анализ формулы.

  4. Почему нельзя применять высокие степени сжатия в ДВС с подводом тепла при V=const?

  5. Опишите цикл с подводом тепла при P=const. Сравните его с циклом, где тепло подводится при V=const, дайте формулу для термического к.п.д..

  6. Опишите цикл со смешанным подводом тепла. Чем вызвано его появление? Напишите формулу для термического к.п.д., дайте анализ формулы.

  7. Какие Вам известны недостатки поршневых ДВС?

  8. В чем заключаются положительные качества газовых турбин?

  9. Дайте описание газовой турбинной установки (ГТУ) и ее идеального термодинамического цикла с подводом тепла при P=const (P-V, T-S диаграммы, термический к.п.д.).

  10. Цикл ГТУ с подводом тепла при V=const (P-V,T-S диаграммы, термический к.п.д.).

  11. Сравните известные Вам циклы ГТУ. В чем заключаются методы повышения их к.п.д.?

  12. Чем отличаются паротурбинные установки от ДВС?

  13. Цикл Карно для насыщенного пара.

  14. Чем отличается цикл Ренкина от цикла Карно?

  15. Как влияет начальное и конечное давление на к.п.д. цикла Ренкина?

  16. Как влияет начальная температура на к.п.д. цикла Ренкина?

  17. Опишите цикл паротурбинной установки со вторичным перегревом пара.

  18. Что такое регенеративный цикл паротурбинной установки?

  19. На какие группы можно разделить холодильные установки?

  20. Чем отличаются паровые компрессорные холодильные установки от пароэжекторных и абсорбционных?

  21. Что такое холодильный коэффициент?

  22. Дайте описание паровой компрессорной холодильной установки. Изобразите ее идеальный цикл в T-S диаграмме.

  23. Дайте описание абсорбционной холодильной установки.

  24. Дайте описание пароэжекторной холодильной установки.

  25. Для чего применяют глубокое охлаждение? Идеальный цикл глубокого охлаждения.

  26. Что такое тепловой насос? Тепловой насос для отопления зданий.

  27. Идеальный цикл теплового насоса. Коэффициент теплоиспользования.


ЛИТЕРАТУРА
Основная


  1. Теплотехника: Учеб. Для вузов / В.Н. Луканин, М.Г. Шатров и др. - М. Высш. шк. 2002. - 671 с.

  2. Техническая термодинамика и теплопередача: Учебник для вузов / Сапожников С.З., Китанин Э.Л. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2002. - 319 с.

  3. Теплотехника: Учебник для втузов / А.М. Архаров, И.А. Архаров и др. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. - 712 с.

  4. Техническая термодинамика: Учебник для вузов / Под ред. В.И. Крутова. - М.: Высш. шк., 1983. - 439 с.


Дополнительная
5. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент:

Справочник / Е.В. Аметистов, В.А. Григорьев и др.; Под общ. ред.

В.А. Григорьева и В.М. Зорина. - М.: Энергоиздат. 1982. - 512 с.

6. Теплотехника: Учебник для студентов втузов / А.М. Архаров, С.И. Исаев и др.; под общ. Ред. В.И. Крутова. – М.: Машиностроение, 1986. – 432 с.

7. Техническая термодинамика и теплопередача: Учебное пособие для неэнергетических специальностей вузов / В.В. Нащокин. – М.: Высш. шк., 1975. - 496 с.

  1. Сборник задач по технической термодинамике: Учебн. Пособие для вузов / Т.Н. Андрианова, Б.В. Дзампов, В.Н. Зубарев, С.А. Ремизов. - М.: Энергоиздат, 1981. - 240 с.

  2. Практикум по технической термодинамике: Учебн. Пособие для вузов / В.Н. Зубарев, А.А. Александров, В.С. Охотин. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 304 с.




В печать 03.09.08 г.

Объём 1 усл.п.л. Офсет. формат 60х84/16

Бумага тип №3 Заказ № 466, Тираж 100 Цена «С»



Издательский центр ДГТУ

Адрес университета и полиграфического предприятия:

344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1




Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации