Основные понятия и определения
Nbsp;
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 |
| 1 | Теоретические основы теплоизика | 40 |
| 2 | Теплоэнергетические установки | 20 |
| 3 | Применение теплоты в сельском хозяйстве | 40 |
| Итого | 100 | |
| 4 | Выполнение контрольной работы | 10 |
| Всего | 100 |
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
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.
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 229; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!