Термодинамика и теплотехника. (Основные понятия и термины): Учебное пособие

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

А.А. Черный

ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕПЛОТЕХНИКА (Основные понятия и термины) Учебное пособие

Пенза 2009

УДК 669.621.74

Р е ц е н з е н т ы: Научный совет Пензенского научного центра; главный металлург ОАО «Пензадизельмаш» А.С. Белоусов Черный А.А. Термодинамика и теплотехника. (Основные понятия и термины): учебное пособие / А.А. Черный. – Пенза: Пензенский государственный университет, 2009. – 20с. Изложены основные понятия и термины термодинамики и теплотехники. Даны задания для самостоятельной работы и вопросы для самопроверки. Учебное пособие разработано применительно к учебному процессу по кафедре «Машины и технология литейного производства». Оно может быть использовано при изучении курсов «Термодинамика», «Печи литейных цехов», а также при разработке рефератов, выполнении курсовых и научноисследовательских работ.

© Черный А.А., 2009 2

ВВЕДЕНИЕ Термодинамика и теплотехника являются базовыми учебными дисциплинами применительно к литейному производству. Имеются учебники и учебные пособия по термодинамике и теплотехнике, которые используются в учебном процессе по литейному производству, но для лучшего усвоения студентами законов термодинамики, термодинамических процессов, теплообмена, тепловых двигателей, для эффективной работы с литературными источниками выявилась необходимость изложить системно основные понятия и термины термодинамики и теплотехники. Понятия и термины термодинамики и теплотехники размещены в соответствующих разделах теплотехники [1]. В учебном пособии приведены задания для самостоятельной работы, вопросы для самопроверки по термодинамике.

3

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ И ТЕПЛОТЕХНИКИ 1. Техническая термодинамика Термодинамика – наука о наиболее общих свойствах макроскопических физических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и о процессах перехода между этими состояниями. Техническая термодинамика – раздел термодинамики, занимающийся приложениями законов термодинамики в теплотехнике. Тепловое движение — это беспорядочное (хаотическое) движение микрочастиц (молекул, атомов и др.), из которых состоят все тела. Передача энергии в результате макроскопического упорядоченного движения микрочастиц называется работой. Передача энергии в результате обмена хаотическим, ненаправленным движением микрочастиц называется теплообменом, а количество передаваемой при этом энергии — количеством теплоты, теплотой процесса или теплотой. Термодинамической системой называется совокупность макроскопических тел, которые могут взаимодействовать между собой и с другими телами, составляющими внешнюю среду, в виде обмена энергией или веществом. Рабочее тело – газообразное, жидкое или плазменное вещество, с помощью которого осуществляется преобразование какой-либо энергии при получении механической работы, холода, теплоты. Параметры состояния — физические величины, однозначно характеризующие состояние термодинамической системы и не зависящие от предыстории системы. Давление — физическая величина, характеризующая интенсивность нормальных сил, с которыми одно тело действует на поверхность другого. Уравнение состояния — уравнение, выражающее связь между параметрами равновесного состояния термодинамической системы. Равновесный процесс - процесс перехода термодинамической системы из одного равновесного состояния в другое, столь медленный, что все промежуточные состояния можно рассматривать как равновесные. Неравновесный процесс — процесс, включающий неравновесные состояния. Обратимым процессом называется такой процесс, который может происходить как в прямом, так и в обратном направлении, причем при возвращении в первоначальное состояние (при изменении внешних условий в противоположной последовательности) система проходит все равновесные состояния прямого процесса, но в обратном порядке. Необратимый процесс — процесс, который может самопроизвольно протекать только в одном направлении. 4

Термодинамический цикл — круговой процесс, осуществляемый термодинамической системой. Парциальное давление — давление, которое имел бы газ, входящий в состав газовой смеси, если бы он один занимал объем, равный объему смеси при той же температуре. Теплоемкостью называется количество теплоты, которое необходимо подвести к телу, чтобы нагреть его на 1 градус (10С или 1К). Изохорный процесс – процесс, происходящий в физической системе при постоянном объеме. Изобарный процесс - процесс, происходящий в физической системе при постоянном внешнем давлении. Изотермный процесс - процесс, происходящий в физической системе при постоянной температуре. Адиабатный процесс совершается в физической системе, не получающей теплоту извне и не отдающей ее, т. е. отсутствует теплообмен рабочего тела с внешней средой. Политропным процессом называется такой термодинамический процесс изменения состояния физической системы, при котором в течение всего процесса сохраняется постоянство теплоемкости. Термический КПД - отношение полезно использованной в цикле теплоты (или полученной работы) ко всему количеству теплоты, затраченной на цикл. Цикл Карно — обратимый круговой процесс, в котором совершается наиболее полное превращение теплоты в работу (или работы в теплоту). Термодинамическая температурная шкала основана на втором начале термодинамики и определяется с помощью никла Карно. В цикле с необратимыми процессами энтропия изолированной системы увеличивается. Эксергия или техническая работоспособность – максимальная работа, совершаемая рабочим телом, если в качестве холодного источника теплоты принимается внешняя среда с температурой Т0. Парообразование – процесс перехода вещества из конденсированной фазы (жидкой или твердой) в газовую. Теплота жидкости — количество теплоты, необходимое для подогрева 1 кг воды от температуры Т0 = 273 К до температуря Тн насыщения. Теплота парообразования — количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг жидкости, нагретой до температуры кипения, в сухой насыщенный пар при постоянном давлении (и постоянной температуре). Теплота перегрева – количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг сухого насыщенного пара при постоянном давлении в перегретый пар с температурой Тпе. Свободная энергия – изохорно-изотермный термодинамический потенциал или энергия Гельмгольца. Влажный воздух — смесь сухого воздуха с водяным паром.

5

Точка росы — температура, до которой должен охлаждаться ненасыщенный влажный воздух, чтобы содержащийся в нем перегретый пар стал насыщенным. Абсолютная влажность воздуха — масса водяного пара, содержащегося в 1 м3 влажного воздуха. Относительная влажность воздуха — отношение абсолютной влажности воздуха к максимально возможной при данном давлении и температуре, когда воздух насыщен водяным паром. Располагаемая работа – приращение кинетической энергии газа при движении по каналу, которое может быть использовано в машинах и превращено в другие виды энергии, а также работа перемещения канала. Сопло – канал, в котором происходит расширение газа с уменьшением и увеличением скорости его движения. Сопло Лаваля – комбинированное сопло с суживающейся и расширяющейся частями, применяемое для получения скоростей газа больше скорости звука. Дросселирование — процесс понижения давления в потоке без совершения внешней работы и без подвода и отвода теплоты при прохождении через местное гидравлическое сопротивление. Эффект Джоуля — Томсона - изменение температуры газа в результате адиабатного дросселирования. Температура инверсии – температура, соответствующая состоянию газа, при котором температура газа при адиабатном дросселировании не изменяется. Компрессор – машина для сжатия воздуха или газа до избыточного давления не ниже 0,2 МПа. Турбокомпрессор – центробежный или осевой лопаточный компрессор для сжатия и подачи воздуха или газа. Степень сжатия - отношение объемов в цилиндре двигателя при положениях поршня в начале и конце процесса сжатия. Степень повышения давления — отношение наибольшего давления в цилиндре двигателя, образовавшегося в результате подвода теплоты, к давлению в конце процесса сжатия. Степень предварительного расширения — отношение объемов в конце и начале подвода теплоты к рабочему телу при постоянном давлении. Степень падения давления — отношение давлений в начале и конце отвода теплоты от рабочего тела к холодному источнику при постоянном объеме. Степень сокращения объема — отношение объемов в начале и конце отвода теплоты от рабочего тела к холодному источнику при постоянном давлении. Регенерация – использование теплоты отходящих газообразных продуктов сгорания для подогрева поступающего газообразного топлива, воздуха или их смеси. 6

Цикл Ренкина – идеальный замкнутый процесс изменения состояния рабочего тела в простейшей паросиловой установке. Бинарный цикл – термодинамический цикл, осуществляемый двумя рабочими телами. Холодильный цикл – обратный круговой процесс, предназначенный для передачи теплоты от тел менее нагретых к телам более нагретым. Холодильный коэффициент – отношение количества теплоты q2, отводимой в обратном цикле от охлаждаемой системы, к затраченной работе lц. Абсорбционная холодильная установка – установка, использующая теплоту внешнего источника для передачи теплоты от менее нагретого тела к более нагретому телу. В таких установках рабочим телом является раствор. Термотрансформатор - устройство, позволяющее обратимым путем передавать теплоту от источника с одной температурой к источнику с другой температурой. 2. Теплообмен Теплообмен - самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты в пространстве с неоднородным распределением температуры. Теплопроводность - молекулярный перенос теплоты в сплошной среде, обусловленный наличием градиента температуры. Конвективный теплообмен — перенос теплоты, обусловленный перемещением макроскопических элементов среды в пространстве, сопровождаемый теплопроводностью. Теплоотдача - конвективный теплообмен между движущейся средой и поверхностью ее раздела с другой средой (твердым телом, жидкостью или газом). Лучистый теплообмен - теплообмен, обусловленный превращением внутренней энергии вещества в энергию электромагнитных волн, распространением их в пространстве и поглощением энергии этих волн веществом. Массообмен - самопроизвольный необратимый процесс переноса массы данного компонента в пространстве с неоднородным полем концентрации (химического потенциала). Температурное иоле — совокупность значений температуры во всех точках тела (или пространства) в некоторый фиксированный момент времени. Градиент температуры — вектор, численно равный производной от температуры по направлению нормали к изотермной поверхности. Тепловой поток - количество теплоты, переданное через произвольную поверхность в единицу времени. Коэффициент теплоотдачи характеризует количество теплоты, переданное в единицу времени через единицу площади поверхности твердого тела путем конвекции при разности температур между поверхностью тела и средой в 1К. 7

Естественная (свободная) конвекция возникает под действием неоднородного поля внешних массовых сил (сил гравитационного, инерционного, магнитного или электрического поля), приложенных к частицам жидкости внутри системы. Вынужденная конвекция возникает под действием внешних поверхностных сил, приложенных на границах системы, или под действием однородного поля массовых сил, действующих в жидкости внутри системы. Вынужденная конвекция может осуществляться также за счет запаса кинетической энергии, полученной жидкостью вне рассматриваемой системы. Условия однозначности к системе уравнений, описывающих явление теплоотдачи, состоят из геометрических, физических, граничных и начальных условий. Физическое подобие - соответствие между физическими процессами, выражающееся в тождественности их безразмерных математических описаний. Константы подобия - отношения однородных физических величин в сходственных точках модели и натурного объекта. Критерии подобия безразмерные числа, составленные из размерных физических величин, определяющих рассматриваемые физические явления. Определяющие критерии подобия - числа подобия, составленные из величин, заданных при математическом описании процесса. Определяемые безразмерные комплексы — числа подобия, содержащие определяемую величину. Критериальные уравнения подобия — функциональные зависимости между критериями подобия, характеризующими явление. Ламинарный режим течения – режим движения жидкости, при котором возможны стационарные траектории ее частиц. Термический начальный участок — участок трубы, на котором поле температуры зависит от условий на входе в трубу. Участок стабилизированного теплообмена — участок трубы, на котором поле температуры практически не зависит от распределения температуры в начальном сечении обогреваемого участка. Турбулентный режим – режим движения жидкости с хаотически изменяющимися во времени траекториями частиц, при котором в потоке возникают нерегулярные пульсации скорости, давления и температуры, неравномерно распределенные в потоке. Степень турбулентности – отношение средней квадратичной пульсаций составляющих вектора скорости в данной точке к осредненной скорости невозмущенного потока. Пузырьковый режим кипения – режим, при котором пар образуется в виде периодически зарождающихся и растущих пузырьков. Пленочный режим кипения – режим, при котором на поверхности нагрева образуется сплошная пленка пара, периодически прорывающегося в объем жидкости. 8

Первая критическая плотность теплового потока — максимально возможная (при данных условиях) плотность теплового потока при пузырьковом кипении. Пленочная конденсация — образование сплошной пленки конденсата на смачиваемой поверхности. Капельная конденсация - образование капель конденсата на несмачиваемой поверхности. Плотность потока излучения — количество энергии излучения, проходящее в единицу времени через единицу площади поверхности в пределах полусферического телесного угла. Спектральная плотность потока излучения — отношение плотности потока излучения, испускаемого в бесконечно малом интервале длин волн, к величине этого интервала. Закон Стефана — Больцмана: плотность потока излучения абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры. Степень черноты тела — отношение плотностей потока излучения серого тела и абсолютно черного тела при той же температуре. Закон Кирхгофа: отношение плотности потока излучения серого тела к его поглощательной способности не зависит от природы тела и равно плотности потока излучения абсолютно черного тела при той же температуре. Коэффициент облученности – отношение потока излучения первого тела, падающего на второе тело к потоку полного полусферического излучения первого тела. Прямоток - движение двух теплоносителей в теплообменном аппарате параллельно друг другу в одном и том же направлении. Противоток — движение двух теплоносителей в теплообменном аппарате параллельно друг другу в противоположных направлениях. Перекрестный ток — движение двух теплоносителей в теплообменном аппарате во взаимно перпендикулярных направлениях. 3. Котельные, сушильные установки и промышленные печи Топливо – горючее вещество, которое экономически целесообразно использовать для получения значительного количества теплоты. Теплота сгорания – количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании топлива. Условное топливо – топливо, теплота сгорания которого принята равной 29,35 МДж/кг. Детонация - быстро приближающийся к взрыву процесс горения горючей смеси в цилиндре карбюраторного двигателя, при котором резко (в сто раз) увеличивается скорость распространения пламени. 9

Горение — химический процесс соединения топлива с окислителем, сопровождающийся интенсивным тепловыделением и резким повышением температуры продуктов сгорания. Коэффициент избытка воздуха – отношение действительного количества воздуха Vд, подаваемого для организации процесса горения, к теоретически необходимому количеству V0. Котельная установка – совокупность котла и вспомогательного оборудования. Котел – конструктивно объединенный в одно целое комплекс устройств для получения пара или для нагрева воды под давлением. Топка – устройство котла, предназначенное для сжигания органического топлива, частичного охлаждения продуктов сгорания и выделения золы. Прямоточный котел – котел с последовательным однократным принудительным движением воды. Пароперегреватель — устройство для повышения температуры пара выше температуры Насыщения, соответствующей давлению в котле. Экономайзер — устройство, обогреваемое продуктами сгорания топлива и предназначенное для подогрева или частичного парообразования воды, поступающей в котел. Воздухоподогреватель — устройство для подогрева воздуха продуктами сгорания топлива перед подачей в топку котла. Обмуровка котла – система огнеупорных и теплоизоляционных ограждений или конструкций котла, предназначенная для уменьшения тепловых потерь и обеспечения газовой плотности. Промышленная печь – совокупность устройств, предназначенных для нагрева материалов или изделий. Сушка – процесс удаления жидкости (чаще влаги) из различных материалов. Диффузионный или молекулярный перенос массы – перенос массы, обусловленный диффузией. Фильтрационный или молярный перенос массы – конвективный перенос, обусловленный гидродинамическим, макроскопическим движением пара и жидкости под влиянием внешних сил и перепада давлений. Термодиффузия – перенос влаги под влиянием градиента температуры. Рециркуляция – возврат части воздуха или уходящих газов в сушильную камеру или топку. Вагранка – шахтная печь для плавки чугуна в литейных цехах. Газовая вагранка – пламенная печь с шахтой для подогрева шихты. Доменная печь – шахтная печь для выплавки чугуна из железной руды. Дуговая печь – промышленная печь, в которой теплота электрической дуги используется для плавки металлов и других металлов. 10

Индукционная плавильная печь – печь, в которой металл находится в переменном электромагнитном поле, в результате чего в металле индуктируется нагревающий его электрический ток. Печь - устройство, в котором в результате горения топлива или превращения электрической энергии выделяется теплота, используемая для тепловой обработки металлов. Печь для электрошлакового переплава – промышленная печь, предназначенная для переплава расходуемых электродов с целью получения стальных слитков сплошного сечения цилиндрической или прямоугольной формы в стационарных или подвижных кристаллизаторах. Плазменно-дуговая печь – электрическая печь, в которой нагрев и плавление осуществляются с помощью плазменной дуги. Плавильная печь – печь для превращения какого либо материала в жидкое состояние нагревом его до температуры, превышающую температуру плавления. Раздаточная печь – промышленная печь для подогрева расплавленного металла и поддержания его температуры в требуемых пределах. Электронно-лучевая печь – высоковакуумная печь (вакуум 10 МПа – 10 мкПа) печь для переплава особо чистой стали и тугоплавких материалов, в которой нагрев основан на превращении кинетической энергии ускоренных в электростатическом поле электронов в тепловую энергию при их ударе о поверхность нагреваемого объекта. Электрошлаковый переплав (ЭШЛ) – бездуговой процесс электроплавки металлов, при котором необходимая для плавки теплота выделяется при прохождении электрического тока через расплавленный электропроводящий шлак. 4. Паротурбинные, газотурбинные и комбинированные установки Паротурбинная установка — энергетическая установка, включающая паровые котлы и паровые турбины. Газотурбинная установка — конструктивно-объединенная совокупность газовой турбины, компрессора, камеры сгорания, газовоздушного тракта, системы управления и вспомогательных устройств. Паровая и газовая турбины — турбины, в которых в качестве рабочего тела используется соответственно пар и газ. Ступень — это совокупность неподвижного соплового аппарата и вращающегося рабочего колеса (в турбине) или вращающегося рабочего колеса и неподвижного спрямляющего аппарата (в компрессоре). Сопловая и рабочая решетка – совокупность определенным образом расположенных в соответствующем ряду сопловых (или спрямляющих) или рабочих лопаток.

11

Степень реактивности ступени – отношение части располагаемого теплоперепада Н´л ступени, срабатываемого в рабочем колесе, к полному располагаемому теплоперепаду Но ступени. Степень парциальности — доля окружности, занятая каналами сопловых лопаток, через которые проходит рабочее тело, или длина дуги, занятая сопловой решеткой, отнесенная к длине окружности. Внутренний относительный КПД — КПД ступени паровой турбины, учитывающий все виды потерь. Регенеративный отбор – нерегулируемый отбор пара из ступени турбины для повышения температуры питательной воды. Газотурбинная установка замкнутого цикла – ГТУ, в которой рабочее тело циркулирует по замкнутому контуру. Парогазовая установка (ПГУ) — комбинированная установка, в которой основная доля теплоты подводится с топливом в паротурбинную часть. Газопаровая установка (ГПУ) — комбинированная установка, в которой основная доля теплоты подводится с топливом в камеру сгорания ГТУ. Ядерный реактор – устройство, предназначенное для организации и поддержания управляемой цепной реакции деления ядер. 5. Двигатели внутреннего сгорания Двигатель внутреннего сгорания – тепловой двигатель, внутри которого происходит сжигание топлива и преобразование части выделившейся теплоты в механическую работу. Рабочий цикл ДВС – совокупность различных процессов, происходящих в цилиндре ДВС в определенной последовательности. Карбюраторный двигатель – ДВС, в котором горючая смесь приготовляется карбюратором вне камеры сгорания (внешнее смесеобразование с принудительным зажиганием). Дизель – ДВС с внутренним смесеобразованием и воспламенением топливовоздушной смеси от теплоты сжатого заряда. Среднее индикаторное давление – давление, численно равное такому условному постоянному по значению избыточному давлению, которое, действуя на поршень, совершает за один его ход работу, равную работе газов в цилиндре за один цикл. Индикаторная мощность двигателя – мощность, развиваемая внутри цилиндра. Эффективная мощность — мощность, отдаваемая потребителю и составляющая часть индикаторной мощности. Среднее эффективное давление — это условное постоянное давление в цилиндрах, при котором работа, произведенная в них за один такт, равна эффективной работе. Индикаторный КПД— отношение количества теплоты Qi эквивалентного индикаторной работе, ко всему количеству теплоты Q, введенному в двигатель с топливом. 12

Эффективный КПД — отношение количества теплоты, эквивалентной полезной работе, к количеству теплоты, затраченной на получение этой работы. Удельный индикаторный gi (или эффективный ge) расход топлива — количество топлива тт, расходуемого в двигателе для получения в течение 1 ч индикаторной (или эффективной) мощности в 1 кВт. 6. Компрессорные, холодильные, криогенные машины и установки Объемный компрессор – компрессор, в котором повышение давления газа происходит при уменьшении замкнутого объема. Индикаторная диаграмма — зависимость давления газа в цилиндре от объема рабочей полости цилиндра. Производительность объемного компрессора - объемное количество газа, подаваемое потребителю в единицу времени, измеренное после компрессора и приведенное к условиям всасывания, т.е. давлению и температуре в стандартной точке всасывания. Индикаторная мощность ступени действительного компрессора мощность, затраченная на взаимодействие рабочего органа (поршня или ротора) с потоком газа, включающая все потери в газовом тракте, в том числе обусловленные утечками рабочего тела и теплообменом. Винтовый компрессор – роторный компрессор, в котором рабочие полости образованы корпусом и винтообразными роторами со специальными профилями. Центробежный компрессор – компрессор, в котором силовое воздействие на газ осуществляется вращающимися лопатками. Охлаждение – отвод теплоты от тел и передача ее другим телам или в окружающую среду. Холодопроизводительность – количество теплоты, отводимое холодильной машиной в единицу времени при температуре ниже температуры окружающей среды. Криостатирование – поддержание охлажденных тел при постоянной низкой температуре. Охлаждение и ожижение газов – понижение температуры газов при р = const или υ = const вплоть до температуры конденсации и их конденсация.

13

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ 1. Выполнить расчет горения топлива в газовой вагранке. 2. Выявить особенности теплопередачи в коксовых, газовых вагранках, электродуговых печах. 3. Рассчитать материальные и тепловые балансы печей литейного производства: коксовых вагранок; газовых вагранок; электродуговых печей; термических печей; сушильных печей; плазменных плавильных агрегатов. 4. Определить на основе тепловых балансов возможности улучшения работы печей, повышения термического коэффициента полезного действия тепловых агрегатов. 5. Выполнить анализ тепловой работы печи. 6. Сделать анализ газодинамического процесса в горящем факеле, объяснить условия стабильного горения топлива в факеле. 7. Изложить методику термодинамического расчета горения метана в смеси с воздухом. 8. Обосновать возможность моделирования коксовых и газовых вагранок.

14

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31.

Почему термодинамика – наука о более общих свойствах макроскопических физических систем? Является ли техническая термодинамика разделом термодинамики? Что такое тепловое движение? Как передается энергия? Что происходит в термодинамической системе? Почему газообразное, жидкое, плазменное вещество называют рабочим телом? Какие физические величины являются параметрами состояния? Что характеризует физическая величина «давление»? Что выражает уравнение состояния? Какой процесс называется равновесным, неравновесным, обратимым, необратимым? Почему термодинамический цикл – круговой процесс? Какое давление называется парциальным? Что такое – теплоемкость? В каких случаях процессы называются изохорным, изобарным, изотермным, адиабатным, политропным? Как определяется термический КПД? Какие превращения происходят в цикле Карно? На каком начале термодинамики основана термодинамическая температурная шкала? Почему в цикле с необратимыми процессами энтропия изолированной системы увеличивается? Что такое эксергия? Что такое парообразование, теплота жидкости, теплота парообразования, теплота перегрева, свободная энергия? Как объяснить термины: влажный воздух, точка росы, абсолютная влажность воздуха, относительная влажность воздуха? К какому приращению кинетической энергии газа относится термин «располагаемая работа»? Что такое сопло, сопло Лаваля? Как объяснить дросселирование, эффект Джоуля-Томсона? В каком случае достигается температура инверсии? Для чего используется компрессор? Чем отличается турбокомпрессор от компрессора? Что такое степень сжатия, степень повышения давления, степень предварительного расширения, степень падения давления, степень сокращения объема? Зачем используют регенерацию теплоты? В какой паросиловой установке используют цикл Ренкина? Как объясняются термины: бинарный цикл, холодильный цикл, холодильный коэффициент? 15

32. Что такое адсорбционная холодильная установка, термотрансформатор? 33. Как объясняются термины: теплообмен, теплопроводность, конвективный теплообмен, теплоотдача, лучистый теплообмен, массообмен, температурное поле, градиент температуры, тепловой поток, коэффициент теплоотдачи, естественная (свободная конвекция, вынужденная конвекция)? 34. Что такое – условия однозначности, физическое подобие, константы подобия, критерии подобия, определяющие критерии подобия, определяемые безразмерные комплексы, критериальные уравнения подобия? 35. Как объясняются ламинарный режим течения, термический начальный участок, участок стабилизированного теплообмена, турбулентный режим? 36. Что такое – степень турбулентности, пузырьковый режим кипения, пленочный режим кипения, первая критическая плотность теплового потока, пленочная конденсация, капельная конденсация? 37. Как объясняются плотность потока излучения, спектральная плотность потока излучения? 38. Как формируются законы Стефана-Больцмана, Кирхгофа, что такое степень черноты тела, коэффициент облученности? 39. Что такое прямоток, противоток, перекрестный ток при движении теплоносителей? 40. Какое горючее вещество можно отнести к топливу? 41. Что такое теплота горения, условное топливо, детонация, горение, коэффициент избытка воздуха? 42. К каким устройствам относятся котельная установка, котел, топка, прямоточный котел, пароперегреватель, экономайзер, воздухоподогреватель? 43. Как выполняется обмуровка котла? 44. Какие применяются промышленные печи? 45. Каково назначение паротурбинной установки, газотурбинной установки, паровой и газовой турбины, сопловой и рабочей решетки? 46. Что такое – степень реактивности ступени, степень парциальности, внутренний относительный КПД, регенеративный отбор? 47. Чем отличаются газотурбинная установка замкнутого цикла, парогазовая установка, газопаровая установка? 48. Как устроен ядерный реактор? 49. Как работает двигатель внутреннего сгорания (ДВС), каков его рабочий цикл? 50. Чем отличается карбюраторный двигатель от дизельного двигателя? 51. Что значит: среднее индикаторное давление, индикаторная мощность двигателя, эффективная мощность, среднее эффективное давление, индикаторный КПД, эффективный КПД, удельный индикаторный (или эффективный) расход топлива? 16

52. Как возникает реактивная тяга? 53. Какие отличительные особенности газотурбинного, турбареактивного, ракетного двигателей, что такое эффективная тяга, удельная тяга, эффективный КПД, полный (общий) КПД реактивного двигателя? 54. Почему применяются плазменные энергетические установки? 55. На чем основана термоядерная энергия? 56. Какие термины относятся к компрессорным, холодильным, криогенным машинам и установкам? 57. Какие бывают типы электростанций, в чем отличие атомных электростанций от тепловых? 58. Как осуществляются сушка материалов, вентиляция и кондиционирование воздуха, теплоснабжение промышленных предприятий? 59. Почему разработаны основы энерготехнологии и использования вторичных энергетических ресурсов? 60. Какова история развития плавки чугуна на газообразном топливе, какие газовые вагранки используются в промышленности? 61. Какие изобретения эффективных тепловых устройств внедрены в литейном производстве?

17

ЛИТЕРАТУРА 1. Теплотехника: Учебник для студентов вузов/А.М. Архаров, С.И. Исаев, И.А. Кожинов и др.; Под общ.ред. В.И. Крутова. – М.: Машиностроение, 1986. – 432с. 2. Техническая термодинамика: Учебник для вузов/Под ред. В.И. Крутова. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Высш.школа, 1981. – 439с. 3. Мещеряков А.С. Термодинамика и теплообмен в литейных процессах: Учебн.пособие. – Пенза: Изд-во Пенз.гос.техн.ун-та, 1993. – 460с. 4. Металлургическая теплотехника. В 2-х томах. Т.1. Теоретические основы: Учебн. для вузов/В.А. Кривандин, В.А. Арутюнов, Б.С. Мастрюков и др. Под науч.ред. В.А. Кривандина. – М.: Металлургия, 1986. – 424с. 5. Исаченко В.П. Теплопередача: Учебник для вузов/В.П. Исаченко., В.А. Осипова, А.С. Сукомел. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоиздат. 1981. – 416с. 6. Смородинский Я.А. Температура. – М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1981. – 160с. 7. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. От диссипативных структур к упорядоченности через флуктуации. Под ред. Ю.А. Чизмаджева. – М.: Изд-во «Мир», 1979. – 512с. 8. Черняк О.В., Рыбчинская Г.Б. Основы теплотехники и гидравлики: Учебник для промышленных и технических специальностей техникумов. – 3е изд.сокр., перераб. – М.: Высш.школа, 1979. – 246с. 9. Дульнев Г.Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре: Учебник для вузов по спец. «Конструирование и производство радиоаппаратуры». – М.: Высш.школа, 1984. – 247с. 10. Телегин А.С., Авдеева В.Г. Теплотехника и нагревательные устройства: Учебн.пособие для машиностроительных техникумов по специальности «Ковочно-штамповочное производство». – М.: Машиностроение, 1985. – 248с. 11. Долотов Г.П., Кондаков Е.А. Печи и сушила литейного производства: Учебник для техникумов. – 2-е изд., перераб.и доп. – М.: Машиностроение, 1984. – 232с. 12. Никольский Л.Е. Тепловая работа дуговых сталеплавильных печей/Л.Е. Никольский, В.Д. Смоляренко, Л.Н. Кузнецов. – М.: Металлургия, 1981. – 320с. 13. Иванов В.Н. Словарь – справочник по литейному производству. – М.: Машиностроение, 1990. – 384с. 14. Казанцев Е.И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования. 2-е изд., дополн. и перераб. – М.: Металлургия, 1975. – 368с. 15. Глинков М.А., Глинков С.М. Общая теория печей. – М.: Металлургия, 1978. – 264с.

18

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………… 3 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ И ТЕПЛОТЕХНИКИ……………………………………………………. 4 1. Техническая термодинамика………………………………………4 2. Теплообмен…………………………………………………………8 3.Котельные, сушильные установки и промышленные печи……9 4. Паротурбинные, газотурбинные и комбинированные установки………………………………………………………………11 5. Двигатели внутреннего сгорания………………………………….12 6. Компрессорные, холодильные, криогенные машины и установки…………………………………………………………… 13 ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ………………….. 14 ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ………………………………….. 15 ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………... 18

19

ЧЕРНЫЙ Анатолий Алексеевич ТЕРМОДИНАМИКА (Сборник рефератов)

Учебное пособие

Пензенский государственный университет Пенза, Красная, 40 20