Скачать 196.09 Kb.
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) ИНСТИТУТ ТЕПЛОВОЙ И АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИТАЭ) ___________________________________________________________________________________________________________ Направление подготовки: 140700 Ядерная энергетика и теплофизика Профили подготовки: Техника и физика низких температур Нанотехнологии и наноматериалы в энергетике Квалификация (степень) выпускника: бакалавр Форма обучения: очная РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ "ТЕРМОДИНАМИКА"
Москва - 2010 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Целью дисциплины является изучение законов термодинамики, применительно к системам передачи и трансформации теплоты; термических и калорических свойств веществ, применительно к рабочим телам, хладагентам и теплоносителям; изучение основ термодинамического анализа рабочих процессов в тепловых машинах, холодильных и теплонасосных установках; изучение методов оценки эффективности рассматриваемых термодинамических систем. По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:
Задачами дисциплины являются
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО Дисциплина относится к вариативной части математического и естественнонаучного цикла Б.2 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилям «Техника и физика низких температур» и «Нанотехнологии и наноматериалы в энергетике» направления 140700 Ядерная энергетика и теплофизика. Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Математика», «Физика (общая)». Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы для изучения дисциплин: а) по профилю «Техника и физика низких температур» – «Тепломассообмен», «Термодинамические основы низкотемпературной техники», «Термодинамика смесей и растворов»; б) по профилю «Нанотехнологии и наноматериалы в энергетике» – «Тепломассообмен», «Физика конденсированного состояния»; а также при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и программ магистерской подготовки. 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ В результате освоения учебной дисциплины, обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования: Знать:
Уметь:
Владеть:
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 4.1 Структура дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 9 зачетных единиц, 324 часа.
4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения 4.2.1. Лекции 5 семестр 1. Основные законы термодинамики и общие закономерности Основные термины и определения. Функции состояния и функции процесса. Законы и уравнения идеального газа. Теплоёмкость, уравнение Майера. Первый закон термодинамики. Принцип эквивалентности, внутренняя энергия, формулировки первого закона термодинамики. Работа расширения, энтальпия, аналитические выражения первого закона термодинамики. Первый закон термодинамики для потока вещества, уравнение неразрывности, техническая работа. Второй закон термодинамики. Формулировки второго закона термодинамики. Обратимые и необратимые процессы, причины необратимости. Термодинамические циклы, КПД цикла. Цикл Карно. Первая и вторая теоремы Карно. Энтропия - функция состояния. Аналитическое выражение второго закона термодинамики для обратимых и необратимых процессов. Расчёт энтропии идеального и реального газа. Энтропия изолированной системы. Статистическое толкование второго закона термодинамики и энтропии. Эксергетический анализ термодинамических систем. Эксергия теплоты и потока вещества. Уравнение Гюи – Стодолы. Эксергетический КПД. Дифференциальные уравнения термодинамики. Характеристические функции. Дифференциальные соотношения для внутренней энергии, энтальпии, энергии Гельмгольца и энергии Гиббса, уравнения Максвелла. Дифференциальные соотношения между калорическими и термическими функциями состояния и для систем с переменной массой. 2. Процессы идеального газа Основные процессы идеального газа. Соотношения параметров, теплота и работа процесса. Расчет для газа с постоянной теплоёмкостью и для газа с теплоёмкостью, зависящей от температуры (расчет по таблицам). Теплота и техническая работа в потоке вещества. Изображение процессов в р,v- и Т,s- диаграммах. Смеси газов. Способы задания смеси, парциальные давления и объём, законы Дальтона и Амага. Термодинамические свойства смеси идеального газа. 3. Свойства и процессы реального газа Термодинамические свойства реального газа, свойства влажного пара, линии фазовых переходов в термодинамических диаграммах (р, v-, p,Т-, Т, s- и h ,s-), надкритическая область параметров состояния. Фазовые переходы, уравнение Клапейрона – Клаузиуса, правило фаз Гиббса. Фактор сжимаемости и z,p- диаграмма. Надкритическая область параметров состояния. Термодинамические процессы реального газа. Теплота и работа процесса, теплота и техническая работа в потоке вещества, изображение процессов в термодинамических диаграммах на примере водяного пара. Термические уравнения состояния реального газа. Уравнение Ван-дер-Ваальса и вириальное уравнение состояния, вириальные коэффициенты. Подобие термодинамических свойств веществ. 4. Процессы в потоке вещества
Дросселирование. Основное уравнение адиабатного дросселирования, эффект Джоуля-Томсона, кривая инверсии, изображение процесса дросселирования в h, s- и Т,s- диаграммах. Внешнее и внутреннее охлаждение, эффективность внутреннего охлаждения в детандерах и дросселях. Процессы в неохлаждаемых и охлаждаемых компрессорах. Изображение процессов в р,v- и h,s- диаграммах, работа компрессора, КПД компрессоров, мощность привода. Процессы в многоступенчатом компрессоре. 6 семестр 5. Обратные термодинамические циклы холодильных и теплонасосных установок Термодинамические циклы холодильных установок. Холодопроизводительность, холодильный коэффициент и эксергетический КПД установок. Обратный цикл Карно – цикл холодильной установки и его характеристики. Циклы воздушных и парокомпрессионных холодильных установок, изображение в Т,s- диаграмме, характеристики циклов. Сложные термодинамические циклы холодильных установок: циклы с регенерацией, одноступенчатые, двухступенчатые, каскадные, с детандером и на смесях, изображение в Т,s- диаграмме, характеристики циклов, выбор хладагента. Особенности процессов в газовых ожижителях, Т,s- диаграмма, уравнения материального и теплового баланса, эксергетический КПД. Термодинамические циклы теплонасосных установок. Обратный цикл Карно – цикл теплонасосной установки. Цикл парокомпрессионной теплонасосной установки, принципиальная схемы, цикл в Т,s- диаграмме, отопительный коэффициент и эксергетический КПД, мощность привода. 6. Термодинамические циклы теплосиловых установок
7. Избранные главы термодинамики Термодинамическое равновесие. Состояния устойчивого, неустойчивого и относительно устойчивого равновесия, условия равновесия при различных способах взаимодействия системы с окружающей средой, условия равновесия изолированной системы и фазового равновесия. Третий закон термодинамики, его формулировка, следствия из него. Термодинамика магнетиков. Основные термины и понятия, основные характеристики диамагнетиков, парамагнетиков и ферромагнетиков, закон Кюри, точка Кюри. Первый закон термодинамики и термодинамическое тождество для магнетика. Изотермический и адиабатный процессы в магнетиках. Получение низких температур методом адиабатного размагничивания, одно- и двухступенчатые схемы. Термодинамика поверхности раздела фаз. Термодинамические соотношения. Фазовое равновесие при искривленной границе раздела фаз – в капиллярах. Фазовое равновесие при искривленной границе раздела фаз – на примере конденсации в объеме, образование новой фазы, критический радиус капли, уравнение Томсона − Гиббса. Особенности фазовой р,Т- диаграммы гелия, кривые насыщения и плавления, - линия. Фазовые переходы 2-го рода, классификация фазовых переходов по Эренфесту. Соотношения Эренфеста для фазовых переходов 2-го рода Особенности - переходов. Влажный воздух и его свойства. Точка росы, влагосодержание, влажность абсолютная и относительная, энтальпия влажного воздуха, h,d – диаграмма влажного воздуха. Процессы во влажном воздухе. 4.2.2. Практические занятия 5 семестр Параметры состояния. Законы и уравнения идеального газа. Смеси газов. Способы задания смеси, кажущаяся молекулярная масса и газовая постоянная смеси. Парциальные давления и объём, законы Дальтона и Амага. Термодинамические свойства смеси идеального газа. Первый закон термодинамики. Расчет процессов идеального газа. Второй закон термодинамики. Процессы в потоке идеального газа. Контрольная работа «Процессы идеального газа. Термодинамические свойства смеси газов». Термодинамические свойства воды и водяного пара, таблицы водяного пара. Расчет процессов водяного пара. Контрольная работа «Термодинамические свойства и процессы водяного пара». Расчет скорости и расхода газа и пара в суживающихся соплах и в соплах Лаваля. Контрольная работа «Расчет скорости и расхода газа и пара в суживающихся соплах и в соплах Лаваля». Расчет процессов в компрессорах. 6 семестр Расчет циклов парокомпрессионных холодильных установок. Расчет сложных циклов парокомпрессионных холодильных установок. Расчет циклов воздушных холодильных установок и парокомпрессионных теплонасосных установок. Расчет цикла Ренкина и теплофикационных циклов паротурбинных установок. Расчет циклов газотурбинных установок и газотурбинных ТЭЦ. Контрольная работа «Расчет прямых и обратных термодинамических циклов». Расчет свойств и процессов влажного воздуха. 4.3. Лабораторные работы 6 семестр №1. Изотермический процесс сжатия реального газа. №2. Изохорное нагревание воды и водяного пара. №3. Определение изобарной теплоемкости и термодинамических свойств влажного и сухого воздуха. №4.Исследование процесса адиабатного истечения водяного пара из суживающегося сопла. №5.Исследование процесса адиабатного истечения воздуха из суживающегося сопла. №6. Исследование процессов во влажном воздухе. №7. Влияние параметров рабочего тела цикла Ренкина на его удельную работу и КПД. 4.4. Расчетные задания 5 семестр Расчет термодинамического цикла, совершаемого идеальным газом. 4.5. Курсовые проекты и курсовые работы Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен. 5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Лекционные занятия 5,6 семестры При чтении лекций в каждом разделе указываются имена программ, которые могут быть использованы для определения термодинамических свойств идеальных газов и водяного пара. Практические занятия 5, 6 семестры При проведении практических занятий указываются имена программ, которые могут быть использованы для определения термодинамических свойств идеальных газов и водяного пара. Лабораторные работы 6 семестр Объем обучения с применением информационных технологий, разработанных на кафедре - 10 часов. Используются математические модели циклов паротурбинных установок (2 часа). Защита лабораторных работ (тестирование) проводится на ПК (8 часов). Объем работы на ПК - 10 часов. Самостоятельная работа 5, 6 семестры Самостоятельная работа включает подготовку к практическим занятиям, к контрольным работам, к тестированию на ПК при защите лабораторных работ, к зачетам и экзаменам; выполнение и оформление типового расчета (в 5-м семестре) и отчетов по выполненным лабораторным работам (в 6-м семестре). Для выполнения расчётных заданий рекомендуется использовать программы, представленные в пособии «Расчет термодинамических процессов идеального газа» и программы вычисления свойств рабочих веществ, расположенные в Интернете на сайтах www.tpc.nm.ru и www.wsp.ru, подготовленных с участием сотрудников кафедры Теоретических основ теплотехники МЭИ, математический пакет MATHCAD2000. 6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов, контрольные работы, устный опрос. Аттестация по дисциплине – экзамены. Оценка за освоение дисциплины, определяется как оценка на экзамене. В приложение к диплому вносится оценка за 6 семестр. 7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 7.1. Литература: а) основная литература: 1. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика, 5-е изд.,-М.: Издательский дом МЭИ, 2008. 496 с. б) дополнительная литература: 1. Александров А.А. Термодинамические основы циклов теплоэнергетических установок. Учебное пособие. − М.: Издательство МЭИ, 2004.−158 с. 2. Сборник задач по технической термодинамике / Т.Н. Андрианова, Б. В. Дзампов, В.Н. Зубарев, С. 1А. Ремизов, Н.Я. Филатов, 5-е изд.-М.: Издательский дом МЭИ, 2006.-356 с. 3.Зубарев В.Н., Александров А.А., Охотин В.С. Практикум по технической термодинамике.- 3-е изд.,-М.: Энергоатомиздат, 1986. 304 с. в) Методические указания. 1. Барковский В.В. Расчет процессов изменения состояния воды по справочнику «Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара».-М.: Издательский дом МЭИ, 2008.-32 с. г) Описания лабораторных работ. 1. Зубарев В. Н., Охотин В. С. Изотермический процесс сжатия реального газа. М: Изд-во МЭИ, 2000.16 с. 2. Зубарев В. Н., Охотин В. С. Изохорное нагревание воды и водяного пара. М: Изд-во МЭИ, 2000.12 с. 3. Алтунин В. В., Охотин В.С. Определение изобарной теплоемкости и термодинамических свойств влажного и сухого воздуха. М: Изд-во МЭИ, 2006.12 с. 4.Утенков В. Ф., Филатов Н. Я. Исследование процесса адиабатного истечения водяного пара через суживающееся сопло. М: Изд-во МЭИ, 2001.12 с. 5. Охотин В. С., Прусаков П. Г. Исследование процесса адиабатного истечения воздуха через суживающееся сопло. М: Изд-во МЭИ, 2000.12 с. 6. Алтунин В.В., Казанджан Б. И. Исследование процессов во влажном воздухе. М.: МЭИ, 2004.12 с. 7. Охотин В. С., Александров А.А., Царев В. В. Математическое моделирование термодинамических циклов ТЭС. Сборник лабораторных работ М: Издательский дом МЭИ, 2006.28 с. д) справочная литература: 1. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. - М.: Издательство МЭИ. 1999.- 168с. 2. Зубарев В.Н., Филатов Н.Я. Термодинамические свойства газов: Методическое пособие. М: Издательство МЭИ, 2004.48с. 3.Александров А.А., Орлов К.А., Очков В.Ф.. Теплофизические свойства рабочих веществ теплоэнергетики: Справочник -М.: Издательский дом МЭИ, 2009.- 224с. 4. Охотин В.С., Александров А.А. Таблицы термодинамических свойств хладагентов. М: Издательский дом МЭИ, 2006.32с. 7.2. Электронные образовательные ресурсы:
а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы: каждый обучающийся в МЭИ(ТУ) получает пароль для доступа к указанным выше электронным ресурсам для расчетов свойств веществ. б) другие: не предусмотрены. 8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций. Для проведения экспресс-контроля уровня знаний требуется компьютерные классы, позволяющие за 15-20 минут провести тестирование одной группы студентов. Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 140700 «Ядерная энергетика и теплофизика» и профилям «Техника и физика низких температур», «Нанотехнологии и наноматериалы в энергетике». ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ: д.т.н., профессор Охотин В.С. "СОГЛАСОВАНО": Зав. кафедрой Низких температур д.т.н. профессор Дмитриев А.С. "УТВЕРЖДАЮ": Зав. кафедрой Теоретических основ теплотехники им. М.П. Вукаловича к.т.н., профессор Сухих А.А. |
Московский энергетический институт (технический университет) институт... | Московский энергетический институт (технический университет) институт... | ||
Московский энергетический институт (технический университет) институт... Целью дисциплины является изучение основ современной энергетики и ее связи с экологией | Московский энергетический институт (технический университет) институт... Профиль(и) подготовки: Автоматизация технологических процессов в теплоэнергетике | ||
Московский энергетический институт (технический университет) институт... Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла М. 2 основной образовательной программы подготовки магистров «Физико-технические... | Московский энергетический институт (технический университет) институт... Магистерская программа: Прикладная физика плазмы и управляемый термоядерный синтез | ||
Московский энергетический институт (технический университет) институт... Магистерская программа: Прикладная физика плазмы и управляемый термоядерный синтез | Московский энергетический институт (технический университет) институт... Магистерская программа: Прикладная физика плазмы и управляемый термоядерный синтез | ||
Московский энергетический институт (технический университет) институт... Принципы эффективного управления технологическими процессами в теплоэнергетике, теплотехнике и теплотехнологиях” | Московский энергетический институт (технический университет) институт... Магистерская программа: Прикладная физика плазмы и управляемый термоядерный синтез | ||
Московский энергетический институт (технический университет) институт... Магистерская программа: Прикладная физика плазмы и управляемый термоядерный синтез | Московский энергетический институт (технический университет) институт... Целью дисциплины является изучение современных информационных и сетевых технологий используемых в ядерной энергетике | ||
Московский энергетический институт (технический университет) институт... Ознакомить студентов с основными законами термодинамики как науки о превращении энергии в теплоту и работу | Московский энергетический институт (технический университет) институт... ... | ||
Московский энергетический институт (технический университет) институт... Целью дисциплины является изучение методов интенсификации теплообмена для написания реферата по выбранной теме | Московский энергетический институт (технический университет) институт... Профили подготовки: Тепловые электрические станции; Технология воды и топлива на тэс и аэс; Автоматизация технологических процессов... |