Московский энергетический институт (технический университет) институт тепловой и атомной энергетики (итаэ)
Скачать 234.48 Kb.
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФМОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) ИНСТИТУТ ТЕПЛОВОЙ И АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИТАЭ) ___________________________________________________________________________________________________________ Направление подготовки: 140700 Ядерная энергетика и теплофизика Профили подготовки: теплофизика 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 превращения энергии в виде передачи теплоты и совершения работы; иметь понятие об обратимых и необратимых процессах и методах их анализа; знать основные процессы превращения тепла в работу; знать смысл и назначение всех термодинамических свойств рабочих тел и методы их определения; знать принципы работы компрессора, двигателя внутреннего сгорания, паровой турбины, газовой турбины; знать компоновку современных ТЭС и ТЭЦ и назначение их основных составляющих. По завершении освоения данной дисциплины студент способен и готов: к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей профессиональной компетенции (ОК-7); к практическому анализу и логике различного рода рассуждений, к публичным выступлениям, аргументации, ведению дискуссии и полемики (ОК-12); обладать способностью и готовностью анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-6); выполнять работы по стандартизации и сертификации средств, материалов и оборудования (ПК-10); к проведению физического и численного эксперимента, к разработке с этой целью соответствующих экспериментальных стендов (ПК-12); к участию в планировании монтажно-наладочных работ по вводу в эксплуатацию оборудования и проведении приемо-сдаточных испытаний оборудования (ПК-17). Задачами дисциплины являются Ознакомить студентов с основными законами термодинамики как науки о превращении энергии в теплоту и работу. Ознакомить студентов с основными процессами превращения теплоты в работу, научить их рассчитывать и оценивать термический КПД. Ознакомить студентов с основными термодинамическими функциями и способами их применения в тепловых расчетах. Ознакомить студентов с термодинамическими свойствами вещества в различных агрегатных состояниях, с условиями фазового равновесия и перехода из состояния в состояние. Ознакомить студентов с практическими методами расчета фазового равновесия чистых веществ, термодинамических свойств газовых смесей постоянного и переменного состава. Ознакомить студентов с расчетами течения газа в соплах и диффузорах. Дать примеры расчета различных сопел.Ознакомить студентов с методами анализа эффективности термодинамических циклов тепловых установок, способами ее повышения.Ознакомить студентов с основными циклами двигателей внутреннего сгорания, паротурбинных и газотурбинных установок, методами расчета их термических КПД и путями повышения эффективности 2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО Дисциплина относится к вариативной части математического и естественнонаучного цикла Б.2 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю "Теплофизика" направления 140700 Ядерная энергетика и теплофизика. Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: "Математика", "Физика", «Химия». Знания, полученные при освоении дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и изучении дисциплин "Статистическая физика", «Теория теплофизических свойств веществ», «Теплообмен излучением», «Физика плазмы», «Тепломассообмен», а также программы магистерской подготовки по профилю «Теплофизика». 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования: Знать: Правила организация работы малых коллективов исполнителей (ОК-3); порядок выполнения работ по стандартизации и сертификации технических средств, материалов и оборудования (ПК-13); порядок проведения расчетов теплофизических характеристик процессов, протекающих в технических устройствах, на основе известных методик с использованием справочной литературы (ПК-8); порядок участия в работе на экспериментальных лабораторных установках для изучения теплофизических свойств веществ и процессов тепло - и массообмена и в обработке опытных данных (ПК-10); правила подготовки обзоров, рефератов, разделов научно-технических отчетов (ПК-7). Уметь: Проектировать узлы лабораторных экспериментальных установок для изучения теплофизических свойств веществ и характеристик процессов тепло - и массообмена с использованием современных информационных технологий (ПК-16); выполнять численные и экспериментальные исследования, проводить обработку и анализ результатов (ПК-10). Владеть: Способностью к письменной и устной коммуникации на государственном языке; умением логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь; готовностью к использованию одного из иностранных языков (ОК-2); готовностью к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей профессиональной компетенции (ОК-7); способностью и готовностью к практическому анализу логики различного рода рассуждений, к публичным выступлениям, аргументации, ведению дискуссии и полемики (ОК-12); способностью и готовностью использовать нормативные правовые документы в своей профессиональной деятельности (ПК-6). 4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 4.1 Структура дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 11 зачетных единиц, 396 часов.
4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения 4.2.1. Лекции 5 семестр 1. Введение. Основные понятияВведение. Очерк истории развития термодинамики. Термодинамическая система. Параметры, характеризующие состояние термодинамической системы. Термодинамический метод. Типы воздействий. Температура. Нулевой закон термодинамики. 2. Первый закон термодинамикиВнутренняя энергия. Различные формы передачи энергии. Механическая работа.  - диаграмма. Другие виды работы. Теплота как форма передачи энергии. Выражение для дифференциала внутренней энергии. Полный и неполный дифференциалы. Запись первого закона термодинамики. Обобщенные силы и координаты. Энтальпия. Зависимость теплоты и различных форм работы от пути процесса. Теплоемкости  и  . Первый закон термодинамики для потока. Работа проталкивания. Располагаемая работа потока. 3. Второй закон термодинамикиПредставление теплоты в виде произведения обобщенной силы на обобщенную координату. Энтропия. Абсолютная температура.  - диаграмма. Дифференциальные уравнения термодинамики и связь между термическими и калорическими величинами. Особая роль теплоты как формы передачи энергии.Обратимые и необратимые процессы. Интеграл Клаузиуса. Принцип возрастания энтропии. Различные формулировки второго закона термодинамики и связь между ними. Границы применимости второго закона термодинамики. Эксергия неподвижного рабочего тела и потока. Изменение эксергии в произвольном процессе. Теорема Гуи и Стодолы. Эксергия подведенного тепла. 4. Преобразование теплоты в работу. Термодинамические процессы и циклыРабота в термодинамическом процессе. Термодинамический цикл. Термодинамический КПД цикла. Сравнение обратимых и необратимых циклов. Обратные термодинамические циклы. Эффективность обратных термодинамических циклов. Понятие отопительного и холодильного коэффициентов. 5. Термодинамические свойства газовИдеальный газ Уравнение состояния идеального газа. Внутренняя энергия идеального газа. Термические и калорические свойства идеального газа. Идеально-газовые термодинамические функции. Стандартная энтропия. Термодинамические процессы в идеальных газах. Изменение внутренней энергии, теплота и работа в различных процессах. Политропные процессы. Связь между теплоемкостью процесса и показателем политропы. Представление процессов в - и - диаграммах.Неидеальные газы. Уравнения состояния неидеальных газов. Процессы в неидеальных газах. Дросселирование. Состояние инверсии. Температура инверсии при нулевом давлении. Кривая инверсии в различных диаграммах. Процесс Джоуля. Адиабатное расширение и сжатие неидеального газа. 6. Термодинамические свойства смесей газовСмеси идеальных газов. Различные формы описания состава смеси. Законы Дальтона и Амага. Экстенсивные и интенсивные свойства. Термические свойства газовой смеси. Калорические свойства газовой смеси. Теплоемкости и смеси идеальных газов. Учет неидеальности газов при расчете свойств смеси.Энтропия смеси идеальных газов. Энтропия смешения. Ящик Вант Гоффа. Минимальная работа разделения смеси и ее связь с энтропией. 7. Фазовое равновесие в чистом веществеОбщие термодинамические условия равновесия. Характеристические функции. Закрытые и открытые системы. Химический потенциал. Условия фазового равновесия чистого вещества. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Интегрирование уравнения Клапейрона-Клаузиуса для различных фазовых переходов. Правило фаз Гиббса. Фазовая диаграмма. Характерные точки фазовой диаграммы. Тройная точка. Критическая точка. Фазовое равновесие при одинаковых и различных давлениях в фазах. Обобщенное уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Уравнение Пойтинга. Поверхностное натяжение и поверхностное давление. Уравнение Лапласа. Фазовые переходы второго рода. Уравнения Эренфеста. 8. Термодинамические свойства реальных веществ  -,  -, - и  - диаграммы реальных веществ. Области пара, жидкости и твердого тела. Бинодали. Спинодали. Изолинии. Термодинамические свойства реальных веществ 1-й и 2-й группы в одно- и двухфазной области. Влажный пар. Свойства влажного пара. Теплоемкости и в одно- и двухфазной областях. Кривая инверсии в различных диаграммах. Таблицы термодинамических свойств реальных веществ. Таблицы для воды и водяного пара.9. Термодинамические свойства химически реагирующих газовТепловые эффекты реакции. Связь между тепловыми эффектами при постоянных объеме и давлении. Законы Гесса и Кирхгофа. Стандартные тепловые эффекты химических реакций. Реакции образования. Тепловые эффекты реакций образования. Условия равновесия в химически реагирующей газовой системе. Константы равновесия и их зависимость от температуры и давления. Степень завершенности реакции. Химические реакции с твердой фазой. Влияние давления на ход реакции с твердой фазой. Химическая реакция диссоциации двухатомного газа. Влияние реакции диссоциации на термодинамические свойства 1-й и 2-й группы. 6 семестр 10. Термодинамические соотношения для потока рабочего телаПервый закон термодинамики для потока вещества. Виды совершаемой работы. Частные записи уравнения. Располагаемая работа потока. Уравнение для адиабатного потока. Понятие скорости звука. Общее выражение для скорости звука в веществе. Формула для скорости звука в идеальном газе. 11. Течение газа в соплах и диффузорах. Сопло ЛаваляСвязь изменений скорости потока Течение газа в соплах и диффузорах. Сопло Лаваляи площади сечения канала в зависимости от числа Маха. Сопла и диффузоры. Истечение газа из сужающегося сопла, расход газа через сопло, критическое отношение давлений, критические параметры в выходном сечении. Течение газа в канале переменного сечения, критические параметры потока в минимальном сечении канала. Сопло Лаваля, расчетный режим работы сопла. Реактивная тяга сопла. Нерасчетные режимы работы сверхзвукового сопла. Расчет сопла Лаваля для течения реального газа с помощью h, s- и h, v2- диаграмм. Адиабатное течение реального газа с трением, потеря кинетической энергии. Закон обращения воздействий. Анализ общего уравнения закона обращения воздействий, схемы реализации различных типов сопл. 12. Торможение сверхзвукового потока. Скачок уплотнения Адиабатное торможение потока, энтальпия торможения. Температура адиабатного торможения идеального газа, запись уравнений сохранения энергии в адиабатном потоке идеального газа. Прямой скачок уплотнения в канале, условия его возникновения. Уравнения сохранения массы, импульса и энергии. Уравнения связи скоростей потока и различных термодинамических параметров на прямом скачке уплотнения. 13. Сжатие газа поршневым компрессоромПринципы действия компрессоров статического и динамического сжатия. Индикаторная диаграмма поршневого компрессора. Режимы сжатия газа поршневым компрессором, удельная техническая работа компрессора для политропного режима сжатия. Применение многоступенчатых компрессоров, p, v- и T, s- диаграммы для трехступенчатого поршневого компрессора. Реальная индикаторная диаграмма поршневого компрессора, роль вредного пространства, оценка предельной степени повышения давления на одной ступени компрессора. 14. Анализ эффективности термодинамических циклов тепловых установокОбратимый цикл Карно в p, v- и T, s- диаграммах. Методы сравнения термических КПД обратимых циклов. Регенеративный цикл. Различные виды КПД. Термический КПД, КПД реального необратимого цикла, КПД реальной энергетической установки. 15. Циклы двигателей внутреннего сгоранияПоршневые двигатели внутреннего сгорания, работающие по циклам Отто (сгорание при V=const), Дизеля (сгорание при p=const) и смешанного сгорания. Индикаторные диаграммы, p, v- и T, s- диаграммы циклов, термические КПД циклов, предельные значения степени сжатия. Качественное сравнение термических КПД циклов Отто, Дизеля и смешанного сгорания по T, s- диаграмме в одинаковом диапазоне температур. Отклонение процессов в реальном двигателе внутреннего сгорания от теоретического цикла при наличии необратимости (на примере цикла Отто). Сравнение внутреннего и термического КПД цикла. 16. Циклы газотурбинных установокГазотурбинные установки. Схема ГТУ. Цикл с непрерывным сгоранием при  =const (цикл Брайтона), p, v- и T, s- диаграммы цикла, термический КПД цикла. Схема ГТУ с регенерацией тепла, частичная и предельная регенерация тепла. Многоступенчатые газотурбинные установки. Цикл ГТУ с неидеальными компрессором и турбиной, трансформация цикла при наличии необратимости, внутренний КПД ГТУ. Основные факторы, влияющие на КПД газотурбинных установок. Предел для внутреннего КПД при увеличении температуры газов перед турбиной. Типичные параметры современных газотурбинных установок. 17. Циклы паротурбинных установокПаротурбинные установки. Схема ПТУ. Назначение и устройство основных элементов паротурбинной установки. Цикл Ренкина на перегретом паре, p, v-, T, s- и h, s- диаграммы цикла. Термический КПД цикла Ренкина. Цикл Ренкина на паре сверхкритических параметров. Схемы ПТУ с промежуточным перегревом пара, с регенеративными отборами пара из турбины. Типичные параметры ПТУ современных ТЭС. 18. Методы повышения эффективности теплосиловых установокБинарные циклы, пример комбинации газотурбинного и паротурбинного циклов, T, s – диаграмма бинарного цикла. Совместная выработка электроэнергии и теплоты на ТЭЦ, отличия параметров отвода тепла на ТЭЦ по сравнению с ТЭС. 4.2.2. Практические занятия 5 семестр
6 семестр
4. Обсуждение вопросов по пройденным темам. Контрольный опрос. (3 часа) 4.3. Лабораторные работы 6 семестр № 1. Построение практической температурной шкалы № 2. Определение удельной теплоты плавления металла № 3. Получение эмпирического уравнения состояния реального газа № 4. Измерение скорости звука в газе и определение показателя адиабаты 4.4. Расчетные задания 5 семестр Расчет термодинамических процессов по заданным условиям. Расчет термодинамических параметров заданных смесей газов. 6 семестр Сопло Лаваля. Расчет термодинамических параметров течения и геометрии сопла по заданным условиям. Расчет параметров прямого скачка уплотнения по заданным условиям нерасчетного режима работы сопла. 4.5. Курсовые проекты и курсовые работы 5 семестр Курсовая работа: Расчет фазового равновесия в чистых веществах. Курсовая работа: Расчет термодинамических свойств газовых смесей постоянного состава. Курсовая работа: Расчет равновесного состава диссоциирующего газа. 5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Лекционные занятия проводятся в традиционной форме. Практические занятия проводятся в аудитории, с вызовом студентов к аудиторной доске для решения задач. Самостоятельная работа включает проработку лекционного материала, решение задач к практическим занятиям, выполнение расчетных заданий, подготовку к контрольным опросам и контрольной работе. 6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Для текущего контроля успеваемости используются: контрольные работы, устные опросы, защита курсовой работы. Аттестация по дисциплине – экзамен. Оценка за освоение дисциплины в семестре определяется как среднеарифметическая за контрольную работу и устные опросы, оценка за курсовую работу. 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: учебник для вузов. – 5-е. изд. – М.: Издательский дом МЭИ, 2008. – 496с. б) дополнительная литература: 1. Александров А.А. Термодинамические основы циклов теплоэнергетических установок: учебное пособие для вузов. – М.: Издательский дом МЭИ, 2006. – 158 с. 2. Сборник задач по технической термодинамике: учебное пособие / Т.Н. Андрианова, Б.В. Дзампов, В.Н. Зубарев, С.А. Ремизов, Н.Я. Филатов. 4-е изд. – М.: Издательство МЭИ, 2000. – 356с. 3. Сычев В.В. Дифференциальные уравнения термодинамики. – М.: Издательский дом МЭИ, 2009. - 308с. 4. Сычев В.В. Сложные термодинамические системы. – М.: Издательский дом МЭИ, 2009, 296с. 7.2. Электронные образовательные ресурсы: а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы: Не предусмотреныб) другие: Используются стандартные программы: 1. Для выполнения расчетов (MathCAD и др.); 2. Для текстового и графического представления результатов (Word и др.). 8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной рабочей доской, учебной лаборатории. Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 140700 «Ядерная энергетика и теплофизика» и профилю «Теплофизика». ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ: д.т.н., проф. Махров В.В. "УТВЕРЖДАЮ": Зав. кафедрой ИТФ д.т.н., с.н.с. Яньков Г.Г. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Московский энергетический институт (технический университет) институт... | | 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... ... |
| 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... |
