ВВЕДЕНИЕ

Предмет теплотехники, место и роль ее в системе подготовки инженерных кадров. Связь теплотехники со смежными науками. Историческое развитие и проблемы современной теплотехники в связи с развитием новой техники и технологии. Теплотехника в данной отрасли народного хозяйства (в соответствии с профилем специальностей вуза). Защита окружающей среды.

1. ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

1.1. Основные понятия и определения
Предмет технической термодинамики и ее методы. Теплота и работа
как формы передачи энергии. Рабочее тело. Термодинамическая система. Основные параметры состояния. Равновесное и неравновесное состояние. Уравнение состояния. Термическое уравнение состояния. Термодинамический процесс. Равновесные и неравновесные процессы. Обратимые и необратимые процессы. Изображение обратимых процессов в термодинамических диаграммах. Круговой процесс (цикл).
Газовые смеси, способы задания газовых смесей, соотношение между массовыми и объемными долями, вычисления параметров состояния смеси, определение кажущейся молекулярной массы и газовой постоянной смеси, определение парциальных давлений.
Литература [1. с. 6-11. 42-43]; [2, с. 6-12, 62-68].

1.2. Первый закон термодинамики

Сущность первого закона термодинамики. Формулировки первого закона термодинамики. Аналитическое выражение первого закона термодинамики, принцип эквивалентности теплоты и работы. Выражение теплоты и работы через термодинамяческие параметры состояния. Внутренняя энергия. Энтальпия. Энтропия. Первый закон термодинамики для круговых (циклических) процессов. Теплоемкость. Массовая объемная и мольная теплоемкости. Теплоемкость при постоянных давлении и объеме. Зависимость теплоемкости от температуры. Средняя и истинная теплоемкости. Формулы и таблицы для определения теплоемкостей. Теплоемкость смеси идеальных газов.
Литература: [1, с. 12-19]; [2 с. 16-30].

1.3. Второй закон термодинамики

Сущность второго закона термодинамики. Основные формулировки второго закона термодинамики. Термодинамические циклы тепловых машин. Прямые и обратные циклы. Термодинамический КПД и холодильный коэффициент. Цикл Карно и его свойства. Термодинамическая шкала температур. Аналитическое выражение второго закона термодинамики. Изменение энтропии в необратимых процессах.
Литература: [1, с. 20-31], [2, с. 39--61]

1.4. Термодинамические процессы

Классификация процессов изменения состояния. Общие методы исследования процессов изменения состояния любых рабочих тел.Политропные процессы. Уравнение политропы. Определение показателя политропы. Анализ процессов на основе сравнения показателей политропы. Процессы в координатах pv и Ts. Основные термодинамические процессы: изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный - частные случаи политропного процесса.
Термодинамические процессы в реальных газах’ и парах. Свойства реальных газов. Фазовые равновесия и фазовые переходы. Теплота фазовых переходов. Фазовые диаграммы. Тройная и критическая точки. Уравнение ссстояния реальных газов. Коэффициент снижаемостн. Пары. Основные определения. Процессы парообразования в pv и Ts - диаграммах. Водяной пар. Понятие об уравнении Вукаловича - Новикова. Уравнение Боголюбова - Майора. Термодинамические таблицы воды и водяного пара. pv, Ts и hs - диаграммы
водяного пара. Расчет термодинамических процессов водяного пара с помощью таблиц и hs(is) - диаграммы.
Литература: (1, с. 32-41]; [2, с. 31-36, 92-102].

1.5. Влажный воздух

Определение понятия “влажный воздух”. Влагосодержание, абсолютная и относительная влажность воздуха. Температура точки росы: Hd(Id) - диаграмма влажного воздуха.
Литература: [1, с. 44-46]; [2. с. 147-150]

1.6. Термодинамика потока

Истечение и дросселирование газов и паров. Основные положения. Уравнение первого закона термодинамики для потока, его анализ. Понятие о сопловом и диффузорном течении газа. Адиабатные течения. Скорость адиабатного течения. Связь критической скорости истечения с местной скоростью распространения звука. Критическое отношение давлений. Расчет скорости истечения и секундного массового расхода для критического режима. Условия перехода через критическую скорость. Сопло Лаваля. Расчет процесса истечения водяного пара с помощью йд-диаграммы. Действительный процесс истечения. Дросселирование газов и паров. Сущность процесса. Изменение параметров в процессе дросселирования. Понятие об эффекте Джоуля - Томсона. Особенности дросселирования идеального и реального газов. Понятие о температуре инверсии. Практическое использование процесса дросселирования. Условное изображение процесса дросселирования в hs - диаграмме.
Литература: [1, с. 47-55, 58-59]; [2, с. 132-146]

1.7. Термодинамический анализ процессов в компрессорах

Поршневой компрессор. Принцип действия. Работа, затрачиваемая на привод компрессора. Индикаторная диаграмма. Изотермическое, адиабатное и политропное сжатие. Термодинамическое обоснование многоступенчатого сжатия. Изображение в pv и Ts - диаграммах термодинамических процессов, протекающих в компрессорах. Необратимое сжатие. Относительный внутренний КПД компрессора. Понятие о центробежном компрессоре.
Литература: [1, с. 56-57], [2, с. 69-74].

1.8. Циклы двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных установок

Циклы двигателей внутреннего сгорания. Циклы газотурбинных установок. Понятие о циклах реактивных двигателей. Анализ циклов. Изображение циклов в pv и Ts - диаграммах . Термический КПД цикла теплового двигателя. Внутренний относительный КПД и внутренний абсолютный КПД цикла. Методы повышения КПД.
Литература: [1, с. 60-64]; [2, с. 75-90].

1.9. Циклы паросиловых установок

Принципиальная схема паросиловой установки. Цикл Ренкииа и его исследование. Влияние начальных и конечных параметров на термический КПД цикла Ренкина. Изображение цикла в hv-, Ts- и hs - диаграммах. Пути повышения экономичности паросиловых установок, теплофикационный цикл. Бинарный и парогазовый циклы. Понятие о циклах атомных силовых установок.
Литература: [1, с. 65-69]; [2, с. 103-121].

2. ТЕОРИЯ ТЕПЛООБМЕНА
2.1. Основные понятия и определения

Предмет и задачи теории теплообмена. Значение теплообмена в промышленных процессах. Основные понятия и определения. Виды переноса теплоты. Теплопроводность, конвекция и излучение. Сложный теплообмен.
Литература: [1, с. 72-73]; [2, с. 161-163].

2.2. Теплопроводность

Основные положения учения о теплопроводности. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности. Механизм передачи теплоты в металлах, диэлектриках, полупроводниках, жидкостях и газах. Дифференциальное уравнение теплопроводности для однородных изотропных тел; условия однозначности. Коэффициент температуропроводности.
Теплопроводность при стационарном режиме. Теплопроводность однослойной и многослойной плоской и цилиндрической стенки при граничных условиях 1 рода. Теплопроводность сферической стенки.Теплопроводность при стационарном режиме и граничных условиях III рода (теплопередача). Теплопередача через однослойную и многослойную плоскую и цилиндрическую стенки; коэффициент теплопередачи. Пути интенсификации процесса теплопередачи. Критический диаметр тепловой изоляции. Выбор целесообразного материала
тепловой изоляции.
Литература: [1, с. 73-75, 118-122]; [2, с. 164-177].
 

2.3. Конвективный теплообмен

Основные положения учения о конвективном теплообмене. Физическая сущность конвективного теплообмена. Уравнение Ньютона - Рихмана. Дифференциальные уравнения теплообмена; уравнение движения вязкой жидкости, уравнение теплопроводности для потока движущейся жидкости, уравнение теплоотдачи на границе потока и стенки, уравнение закона сохранения массы. Условия однозначности к дифференциальным уравнениям конвективного теплообмена. Основные положения теории пограничного слоя. Местный и средний коэффициенты теплоотдачи.
Основы теории подобия и моделирования. Основные определения. Условия подобия физических явлений. Теоремы подобия.Критериальные уравнения, определяющие критерии. Метод моделирования. Физический смысл основных критериев подобия. Анализ размерностей.
Теплоотдача при вынужденном движении жидкости. Теплообмен при, движении жидкости вдоль плоской поверхности; теплоотдача при ламинарном и турбулентном пограничном слое; расчетные уравнения. Теплоотдача при вынужденном течении жидкости в трубах; теплоотдача при ламинарном и турбулентном течениях жидкости в гладких и шероховатых, прямых и изогнутых трубах, круглого и некруглого сечения. Расчетные уравнения. Теплоотдача при поперечном смывании одиночной круглой трубы. Теплоотдача при поперечном смывании пучков труб коридорно и шахматно расположенных. Расчетные уравнения.
Теплоотдача при свободном движении жидкости. Теплоотдача при свободном движении жидкости в неограниченном объеме; ламинарная и турбулентная конвекция у вертикальных поверхностей. Естественная конвекция у горизонтальных труб. Расчетные уравнения.
Теплообмен при кипении; механизм процессов теплообмена при пузырьковом и пленочном режимах кипения. Кризисы кипения. Теплоотдача при пузырьковом и пленочном кипении жидкости в большом объеме.
Расчетные уравнения для определения коэффициента теплоотдачи.
Литература: [1, с. 79-102]; [2, с. 178-206].

2.4. Теплообмен излучением

2.5. Теплопередача. Основы расчета теплообменных аппаратов

Теплопередача в теплообменниках. Основные схемы движения и теплообмена потоков теплоносителей. Теплоносители, их основные характеристики. Требования, предъявляемые к теплоносителям. Уравнения для теплового потока и средней разности температур любой схемы теплообмена. Назначение, классификация и схемы теплообменных аппаратов. Принцип расчета теплообмеиных аппаратов. Конструктивный и поверочный тепловые расчеты тенлообенных аппаратов.
Литература: [1. с. 112-117, 121-128]; [2, с. 219-227].
 

3. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
 
3.1. Топливо, основы теории горения и топочные устройства

Виды сжигаемого топлива и их характеристики. Классификация топлив. Перспективы применения различных топлив в промышленности. Твердое и жидкое топлива и их основные характеристики. Элементарный состав топлива. Теплота сгорания. Газообразное топливо и его основные характеристики. Условное топливо. Проблема экономии топлива и пути ее решения. Проблемы защиты окружающей среды от выброса продуктов сгорания топлива.
Основы теории горения. Топочные устройства. Сжигание газообразного топлива и газообразных отходов производств; кинетика газовых реакций горения (гомогенное горение), коэффициент избытка воздуха к его величина при сжигании газообразного топлива, воспламенение и температура воспламенения, фронт пламени и скорость его распространения, предельные концентрации горючих газовых смесей, кинетическое и диффузионное горение, смесеобразование и горение турбулентных струй газа, средняя объемная скорость горения. Топочные устройства для сжигания газообразного топлива и газообразных отходов производства.
Сжигание жидкого топлива. Особенность горения жидкого топлива. Зоны горения факела форсунки. Коэффициент избытка воздуха при сжигании жидкого топлива. Особенности сжигания жидких отходов производств. Топочные устройства для сжигания жидкого топлива.
Сжигание твердого топлива и твердых отходов производства; элементы теории горения углерода (гетерогенное горение), кинетическая. диффузионная и переходная области горения углеродных частиц, влияние летучих твердого топлива на процесс воспламенения и горения, стадии горения твердого топлива в реальных условиях.
Способы сжигания твердого топливам слоевое, в нсевдосжижеи-пом слое; факельное. Особенности сжигания твердых отходов про-изводства. Топки для сжигания твердого топлива и твердых отходов производства.
Расчеты процессов горения твердого, жидкого и газообразного топлив. Определение теоретически необходимого количества воздуха для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлив. Определение объема продуктов сгорания при a = 1 и a > 1.
Расчет энтальпии дымовых газов. Теоретическая температура горения. Диаграмма hT - продуктов сгорания. Основы расчета топочных устройств.
Литература: [1, с. 130-160]; [8, с. 228-253].
 

3.2. Технологические промышленные печи

Основы обшей теории печей. Назначение и характеристика основных типов печей. Принципиальная схема промышленной печи. Особенности сжигания топлива в печах. Особенности конструкций печей для термической обработки.
Основные положения расчета промышленных печей. Тепловой и материальный баланс печи.
Термический КПД печи. Расчет топочного устройства печи (определение количества топлива, сжигаемого в единицу времени, удельные расходы топлива и способы их уменьшения, определение габаритных размеров топочного пространства), подбор горелок и форсунок, определение поверхности радиации и температуры дымовых газов, определение времени термообработки материалов в печи, аэродинамический расчет печи.
Основные типы топливных и электрических печей: вращающиеся барабанные; печи для обжига в кипящем слое; сушильные; шахтные; отражательные; конверторы и мартеновские печи, электрические печи сопротивления; индукционные; дуговые и другие типы печей.
Элементы конструкций и материалы для сооружения и ремонта печей. Материалы для сооружения печей. Виды материалов, используемых для сооружения печей. Огнеупорные материалы. Их классификация, основные свойства и определение этих свойств. Теплоизоляционные материалы. Испарительное охлаждение.
Литература: [12, с. 11-68]
 

3.3. Промышленные котельные установки

Основные понятия. Котлы паровые и водогрейные; классификация и устройство. Теплоносители. Современные парогенераторы. Вспомогательные поверхности нагрева (пароперегреватели, водя-ные экономайзеры, воздухоподогреватели). Теплогенераторы: водогрейные агрегаты и теплогенераторы, ра-ботающие на высокотемпературных органических теплоносителях. Водоподготовка. Сепарация пара. Питательные устройства котель-ных установок. Тягодутьевые устройства.
Основы теплового расчета котельных агрегатов. Задачи и методы теплового расчета.
Тепловой баланс и КПД котельного агрегата; часовой расход топлива.
Расчет теплопередачи в топках паровых котлов и в других рабочих поверхностях нагрева котлоагрегата.
Литература: [1, с. 161-186]; [2, с. 253-316].
 

3.4. Двигатели внутреннего сгорания

Классификация и общие сведения о поршневых ДВС. Классификация ДВС. Тепловой расчет поршневых ДВС. Индикаторная мощность двигателя. Механические потери и их распределение. Эффективная мощность. Механический и эффективный коэффициенты полезного действия.
Моторные топлива. Удельный расход топлива в индикаторном и эффективном процессах двигателя. Энергетический баланс ДВС.
Двигатели, работающие на газе. Особенности рабочего процесса газовых двигателей.
Показатели экономичности работы ДВС.
Литература: [1. с. 201-208]; [2. с. 372-411]

3.5. Тепловые электростанции

Типы электростанций страны и их роль в развитии энергетики. Классификация ТЭС. Паротурбинные конденсационные электростанции (КЭС, ГРЭС) и электростанции с комбинированной выработкой теплоты и электрической энергии (ТЭЦ), их принципиальная схема и показатели тепловой эффективности. Регенеративный подогрев питательной воды. Электростанции с газотурбинными (ГТУ) и парагазовыми (ЛГУ) установками. Дизельные электростанции. Графики электрических и тепловых нагрузок ТЭС.
Атомные электростанции (АЭС), принципиальные схемы АЭС и их основное отличие от схем ТЭС на органическом топливе. Перспективы развития атомной энергетики. Технико-экономические показатели электростанций и области использования.
Литература: [1, с. 209-220]; [2, с. 439-460, 465-409]
 

3.6 Компрессорные установки

Поршневые компрессоры. Использование сжатого воздуха. Устройство и работа поршневого компрессора. Определение производительности и мощности поршневого компрессора. Коэффициенты полезного действия. Многоступенчатые компрессоры. Регулирование поршневых компрессоров.
Многоступенчатые центробежные и осевые машины.
Вентиляторы. Назначение вентиляторов, характерные значения основных параметров, принцип действия центробежных и осевых вентиляторов. Потери и КПД; эффективная и полезная мощности вентилятора; его характеристики. Классификация и выбор вентиляторов. Регулирование и совместная работа.
Литература: [1, с. 221-239]; [2, с. 412-438]
.

3.7. Сушильные установки

Общие сведения. Основные элементы сушильной установки. Сушилки периодического и непрерывного действия.
Тепло- и массообмен в процессе сушки. Влага материала. Равновесная влажность. Максимальная и гигроскопическая влажность материала.
Тепловой баланс сушильной установки. Кинетика сушки. Кривые сушки. Кривые скорости сушки. Термограмма сушки. Поля влагосодержаний и температуры в зависимости от способа сушки. Определение размеров сушильной установки.
Основные способы сушки: конвективный, контактный, сушка инфракрасными лучами, токами высокой частоты, сублимацией. Принципиальные схемы сушилок.
 Литература: [11, с. 181-2291.
 

3.8 Теплоснабжение предприятий промышленности

Характеристика потребителей энергии на предприятиях отрасли народного хозяйства. Характеристика предприятий как потребителей теплоты. Совмещенное состояние и перспективы развития тепло-энергетики и особенности отечественной техники теплоснабжения.
Производственное теплопотребление. Расход теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение; факторы, влияющие на тепло-потребление. Основные схемы теплоснабжения и их анализ. Соотношение между электрическим и тепловым потреблением. Выявление тепловой нагрузки предприятий. Сравнительная технико-экономическая оценка различных методов энергоснабжения предприятий.
Выбор экономических режимов работы теплосиловых остановок. Современные достижения в области рационализации теплосилового хозяйства. Стоимость единицы теплоты. Снижение норм расхода теплоты и топлива. Вопросы техники безопасности, охраны труда и окружающей среды.
Литература: [1, с. 252-2541.