grandov.ru страница 1страница 2страница 3страница 4
скачать файл
МЧС РОССИИ

__________________________________________________________________________________


УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ

ТЕПЛОТЕХНИКА

Екатеринбург

2005

МЧС РОССИИ

__________________________________________________________________________________

УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ

ТЕПЛОТЕХНИКА
Задания и методические указания к контрольным работам 1,2

для слушателей 2-го курса факультета заочного обучения

по специальности 330400 Пожарная безопасность

Екатеринбург

2005
Составитель: О.Ю.Баранова. Теплотехника: Задания и методические указания по выполнению контрольных работ для слушателей факультета заочного обучения.- Екатеринбург: Уральский институт ГПС МЧС России, 2005.-27с.

Рецензенты: П.Ф.Скрипов доктор физико-математических наук, профессор;

А.Ж. Хворенкова кандидат химических наук.

Данные методические указания по выполнению контрольных работ разработаны в соответствии с рабочей программой дисциплины «Теплотехника» и предназначены для оказания помощи слушателям в процессе их самостоятельной работы.

В методических указаниях даны краткие теоретические сведения по основным разделам дисциплины, рассмотрены вопросы, вызывающие у слушателей наибольшие затруднения при самостоятельном изучении. Приведены варианты заданий и дан алгоритм их решения.

Методические указания и контрольные задания по курсу «Теплотехника» для слушателей факультета заочного обучения обсуждены и одобрены на заседании кафедры «Общепрофессиональных дисциплин».


Рекомендованы к изданию методическим советом Уральского института ГПС МЧС России

Уральский институт ГПС МЧС России 2005

СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение………………………………………………………………………….5

1.1.Общие методические указания по выполнению письменных контрольных работ………………………………………………………………………………...5

1.2.Общие методические указания по изучению курса дисциплины «Теплотехника»…………………………………………………………………….7
2. Задания для выполнения контрольных работ и методические рекомендации по выполнению работ………………………………………………………………8

Контрольная работа №1…………………………………………………...8

Контрольная работа №2 …………………………………………………..13

3. Пояснения к решению задач…………………………………………………….17


Приложения…………………………………………………………………………27

Литература…………………………………………………………………………..27



1.ВВЕДЕНИЕ
1.1.Общие методические указания по выполнению письменных

контрольных работ
Целью выполнения контрольной работы по дисциплине «Теплотехника» является формирование у слушателей знаний и умений, необходимых для решения вопросов, связанных с прогнозированием оперативной обстановки на пожаре, ограничения его развития и разработки мер по предупреждению.

Контрольная работа является одним из видов самостоятельной учебной работы слушателей по освоению ими учебного материала по дисциплине «Теплотехника», а также формой контроля со стороны учебного заведения за этим процессом, уровнем соответствующих знаний и умений слушателей.

По курсу «Теплотехника» предусматривается выполнить две контрольные работы. Первая работа выполняется по стационарным, вторая по нестационарным процессам. Задачи составлены в 100 вариантах, которые получены за счет того, что для каждой задачи одна часть исходных данных выбирается по последней цифре номера зачетной книжки слушателя, а другая – по предпоследней. Шифр указывается на обложке выполненной работы. Необходимый справочный материал дан в приложениях к указаниям или в рекомендуемой литературе.

Прежде чем приступить к решению конкретной задачи или написанию теоретического вопроса контрольной работы необходимо: изучить материал темы, ознакомиться с методическими указаниями, примерами решения задач, подобрать рекомендуемую учебную, справочную и нормативную литературу, просмотреть записи, сделанные на установочных занятиях. Ответы на теоретические вопросы выполнять в развернутом виде с обоснованием.

Работа должна быть выполнена аккуратно, с достаточной штабной культурой, записи должны быть сделаны разборчивым почерком, чернилами темного цвета (синего, фиолетового, черного). Работа выполняется в тетради в клеточку (18 листов), на листах которой чертятся поля шириной 30 мм для замечаний преподавателя-рецензента. Решение задачи должно быть последовательным, с указанием условия задачи, описания каждого этапа решения, со ссылками в необходимых случаях на соответствующую справочную литературу. В расчетной задаче необходимо указывать номера действий, их краткое описание, приводить формулы и подставляемые в них известные величины, единицы измерения физических величин получаемых в ответе.

В конце работы указать использованную литературу (фамилия и инициалы автора, полное наименование книги, издательство и год издания), поставить дату выполнения работы и свою подпись.

В конце работы должны быть две чистые страницы для рецензии.

Выполненная работа направляется в Уральский институт ГПС МЧС России на рецензирование. Срок сдачи контрольной работы определяется графиком предоставления контрольных работ слушателями факультета заочного обучения.

Работа не зачитывается и подлежит переработке (доработке), если:

1) выполнена не по своему варианту;

2) выполнена неряшливо, неразборчивым почерком;

3) выполнена не в полном объеме;

4) имеет грубые ошибки;

5) выполнена в электронном виде.

Такая работа должна быть выполнена повторно с учетом замечаний рецензента. На титульном листе новой работы следует указать «Повторная» и направить ее в Уральский институт ГПС МЧС России вместе с первой работой и рецензией. Получив проверенную контрольную работу слушатель-заочник обязан внимательно ознакомиться с замечаниями и внести при необходимости исправления и дополнения (если работы не высылаются обратно в адрес слушателя, то коррективы вносятся им в период лабораторно-экзаменационной сессии).

Работа окончательно должна быть сдана преподавателю, ведущему учебные занятия в группе и принимающему экзамен по дисциплине.

Слушатели, не представившие контрольную работу в срок без уважительных причин, на экзаменационную сессию не вызываются.

1.2. Общие методические указания по изучению курса дисциплины «Теплотехника»
Основы термодинамики реальных газов
Техническая термодинамика изучает законы взаимного превращения тепловой и механической видов энергии и основы создания рациональных тепловых машин. В практике пожарного дела основные положения технической термодинамики позволяют выяснить существо технологических процессов и их пожарную опасность.

Прежде чем приступить к изучению термодинамики, необходимо привести в систему основные сведения о свойствах рабочих тел и главное – идеальных газов. Необходимо усвоить основные законы идеальных газов, уравнение состояния, определение газовой постоянной, понятия и законы, связанные со смесями идеальных газов, наиболее часто встречающимися в практике пожарного дела. Следует разобраться в определениях, основных формулах и расчетах, связанных с теплоемкостью газов и газовых смесей. Затем нужно перейти к рассмотрению основных термодинамических процессов, научиться применять их уравнения для определения безопасных параметров рабочих тел в технологических процессах производств.

После усвоения этих понятий можно переходить к изучению двух основных законов термодинамики. Первый – закон сохранения и превращения энергии. Необходимо понять и запомнить его математическое выражение, разобраться во вводимых здесь понятиях внутренней энергии, энтальпии и работы изменения объёма термодинамической системы, усвоить разницу между функциями состояния и протекания процесса.

Второй закон термодинамики указывает направление энергетических процессов и условия превращения теплоты в работу. Он может быть выражен несколькими формулировками, подчеркивающими различные стороны закона. Наиболее простым из них является постулат Клаузиуса об одностороннем направлении самопроизвольного теплового потока (от горячего тела к холодному). Важное значение имеет и формулировка о невозможности полного превращения теплоты горячего источника в работу в непрерывно действующей машине. Это положение подводит к необходимости изучения круговых процессов (циклов) и критериев их эффективности.

Далее следует изучить цикл Карно, как наиболее эффективный в заданном интервале температур (Т1 и Т2), и понятие энтропии, как меры необратимости процессов, энергетической ценности теплоты, наконец, как меры неупорядоченности системы микрочастиц.

Изучив первый и второй законы термодинамики, термодинамические процессы, следует перейти к изучению основных свойств реальных газов, уравнения Ван-дер-Ваальса, различных агрегатных состояний, критического состояния вещества. В дальнейшем подробно рассматривается водяной пар, как основное рабочее тело современной энергетики и как рабочее тело при объемном пожаротушении. Надо разобраться в закономерностях парообразования при различных давлениях, фазовых состояниях воды, в определении основных параметров пара по таблицам и диаграммам.

При изучении адиабатного истечения газов и паров прежде всего необходимо усвоить основной закон, по которому увеличение кинетической энергии рабочего тела равно уменьшению его энтальпии. Дальнейший расчет для газов и паров ведется различно: для газов - аналитически, для паров-с помощью sl - диаграммы.

Следует рассмотреть физический смысл критического режима истечения и уяснить, что в сопле Лаваля можно получить скорость больше критической. Изучить основы адиабатного дросселирования и возможные изменения параметров реального газа в этом процессе в зависимости от температуры инверсии. Далее необходимо изучить принцип сжатия газов и паров (циклы компрессоров) и три теоретических цикла поршневых двигателей внутреннего сгорания, циклы газотурбинных и паротурбинных установок. В заключении – циклы холодильных установок. Следует усвоить определение холодильного коэффициента паровой компрессорной установки и относительного коэффициента теплового насоса – перспективного устройства для отопления помещений.


Основы тепло и массообмена
Изучение этого раздела следует начать с изучения механизма трех элементарных видов теплообмена: теплопроводности, конвекции и излучения.

Слушатель должен усвоить закон Фурье, понятия: температурное поле, изотермическая поверхность, температурный градиент, разобраться в физической сущности коэффициента теплопроводности.

В результате изучения темы «Стационарная теплопроводность» слушатель должен научиться определять тепловой поток, передаваемый через однослойную и многослойную плоскую стенки, а также стенку полого цилиндра (трубы) и стенку полого шара.

В условиях пожара теплообмен носит нестационарный характер, поэтому слушатель должен уяснить вывод дифференциального уравнения теплопроводности, усвоить сущность краевых условий при решении теплотехнических задач, овладеть методикой расчета температурного поля в плоской стенки, сплошном цилиндре и полуограниченном теле при заданных граничных условиях.

Конвективный теплообмен, как известно из опыта, зависит от многих факторов. Например, условий движения жидкости, её физических свойств и др. Изучается он в основном экспериментально с использованием теории гидродинамического и теплового подобия. Слушатель должен хорошо представлять сущность теории подобия и усвоить, как методы подобия используются при изучении вопросов конвективного теплообмена.

Необходимо овладеть методикой расчета конвективного теплообмена при различных случаях движения теплоносителя. Запоминать конкретные эмпирические уравнения не нужно, но необходимо уметь рассчитывать числа подобия: Нуссельта Nu, Грасгофа Gr, Рейнольдса Re, Прандтля Pr.

Рассматривая теплообмен при изменении агрегатного состояния,следует уяснить физическую природу уменьшения коэффициента теплоотдачи во время перехода от пузырькового режима кипения к пленочному и опасность работы кипятильных устройств при пленочном режиме.

Изучая теплообмен при конденсации пара, нужно обратить внимание на необходимость учета этого явления при проектировании и эксплуатации установок пожаротушения.

При пожарах значительная часть тепловой энергии от горящих тел окружающим предметам передается излучением. Необходимо изучить основные законы лучистого теплообмена и овладеть методикой расчета тепловых потоков излучения, а также методикой расчета безопасных расстояний. Ознакомиться с особенностями излучения и поглощения газов.

Под теплопередачей понимают сложный процесс теплообмена. Этот процесс происходит в теплообменных аппаратах. Следует уяснить классификацию теплообменных аппаратов по принципу действия, уметь рассчитывать температурный напор при различных схемах течения теплоносителей, овладеть методикой расчета теплообменных аппаратов по соображениям пожарной безопасности.

При изучении тепло и массообмена необходимо усвоить сущность процесса и разобраться в расчетных экспериментальных уравнениях.

В практике пожарного дела важно уметь рассчитывать температурный режим при пожаре в помещении. Поэтому необходимо овладеть методикой расчета температурного режима.


2. ЗАДАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ И МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1

Стационарные процессы


Контрольная работа №1 состоит из 2-х теоретических вопросов и 3-х расчетных задач. Теоретические вопросы выбираются по таблице 1.4.
Теоретические вопросы к контрольной работе №1

  1. Почему в качестве рабочих тел тепловых двигателей используются газы?

  2. Будет ли правильным утверждение, что всё тепло, подводимое к газу, обуславливает изменение его температуры?

  3. Как доказать, что количество тепла Q есть функция процесса, а не состояния тела?

  4. Может ли работа необратимого процесса быть больше работы обратимого процесса?

  5. Можно ли среднюю теплоёмкость вычислить по формуле: , где и - истинные теплоёмкости.

  6. Как вычисляется и почему не зависит от характера процесса изменение внутренней энергии тела?

  7. Может ли процесс подвода тепла сопровождаться уменьшением температуры?

  8. Т
    Pзз
    ермодинамические процессы заданы условием dQ = 0 или dL = 0. Равносильны ли условия dQ = 0 и Q = 0, dL = 0 и L = 0?

  9. Известна комбинация термодинамических процессов

для 1 кг воздуха в P-V координатах. Построить эту 2 3

комбинацию процессов в T-S координатах и определить

знаки работы, теплоты и изменения внутренней энергии

в процессе 3-1.


V
1


  1. Есть ли разница в понятиях необратимый и неравновесный процесс?

  2. Почему у реальных веществ при изотермическом расширении q неравно L?

  3. Как вычислить объёмную теплоёмкость смеси газов, заданную массовыми долями, и массовую теплоёмкость смеси, заданную объёмными долями?

  4. В чём эквивалентность различных формулировок второго начала термодинамики?

  5. Можно ли теплоту некоторого источника полностью превратить в работу?

  6. Как изменяется энтропия рабочего тела при его расширении в пустоту?

  7. Может ли энтропия системы убывать в необратимых процессах?

  8. Система релаксирует к состоянию равновесия. Что происходит с её энтропией?

  9. Как можно вычислить значение энтропии воздуха при заданных давлении и температуре?

  10. Обладает ли энтропией электрический ток?

  11. Каково значение цикла Карно в термодинамике? Покажите, что в данном интервале температур от Т1 до Т2 цикл Карно самый экономичный.

  12. Какая существует связь между изменением энтропии и потерей работоспособности тела в необратимых процессах? Какую роль на потери работоспособности оказывает температура теплоприёмника (Тmin)?

  13. В чём состоит ошибочность вывода о тепловой смерти вселенной?

  14. Покажите, что в Т-S координатах в области перегретого пара изобара большего давления располагается выше изобары меньшего давления.

  15. Является ли полным дифференциалом величина: ?

  16. Покажите, что две изобары в Т-S координатах не пересекаются друг с другом.

  17. Вычислите интеграл: ,при условии P=const.

  18. Докажите, что для реальных газов

  19. Выведите уравнение для вычисления изменения внутренней энергии газа, подчиняющегося уравнению состояния Ван-дер-Ваальса.

  20. Найдите величину свободной энергии реального газа.

  21. Существуют ли термодинамические потенциалы у неравновесных систем?

  22. Обладает ли тепло трения эксергией?



  1. Показать в диаграмме T-S эксергетические потери в двух последовательных процессах.


T

1

2



i =const q=0

3


S


  1. Может ли выполняться неравенство

  2. Может ли эксергия принимать отрицательные значения?

  3. Почему нельзя взять в качестве независимых переменных давление и температуру для двухфазной системы?

  4. Покажите на диаграмме T-S энтальпию перегретого пара.

  5. В каком случае для расчёта изотермического процесса можно воспользоваться формулой изобарного процесса?

  6. Что происходит с теплотой парообразования с увеличением давления?

  7. Какая система называется гомогенной и гетерогенной? Дайте примеры той и другой системы.

  8. Рабочее тело совершает процессы,

изображенные на диаграмме T-S. Покажите графически эксергию теплоты.

Для выполнения работы необходимо изучить по учебнику (1) в соответствии с программой раздел «Основы термодинамики реальных процессов» и стационарные процессы раздела «Основы тепло и массообмена».



Задача 1.1. Параметры смеси газов. Истечение газов
В помещении компрессорной станции объемом V произошла разгерметизация трубопровода, по которому транспортируется горючий газ под давлением P1 при температуре Т1. через образовавшееся в трубопроводе сквозное отверстие площадью f газ выходит в помещение.

Рассчитать, через какое время τ во всем объеме компрессорной станции может образоваться взрывоопасная смесь, а также среднюю молекулярную массу, плотность, удельный объем и изобарную удельную массовую теплоемкость смеси, если ее температура Т = 293 К, а давление Р = 100 кПа. Коэффициент расхода отверстия ξ = 0,7. воздухообмен не учитывается.

Данные, необходимые для расчетов, приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1

Последняя цифра шифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

V∙10-23

f∙10 42



25

4,2


30

5,9


40

5,0


32

2,0


45

5,1


40

4,1


30

5,0


25

6,0


30

4,2


45

1,5


Предпоследняя цифра шифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Р1, МПа Т1, К

0,7

290


0,5

400


0,5

300


1,5

320


1,0

250


1,5

280


0,2

350


0,4

300


0,2

250


0,9

305


Газ

Бутан

Этан

Пропан

Метан

Этилен

Водород

Бутилен

Ацетилен

Аммиак

Пропилен


скачать файл


следующая страница >>
Смотрите также:
Государственной противопожарной службы теплотехника
578.67kb.
Уголовный кодекс РФ
18.03kb.
ПрограмМа семинара-тренинга роль брендинга городов в эпоху перемен: европейский опыт для украины
71.06kb.
Пожарные части Противопожарной службы Хабаровского края
324.75kb.
Инструкция о порядке рассмотрения и разрешения предложений, заявлений, жалоб и организации приема граждан в Управлении Федеральной службы государственной регистрации, кадастра и картографии по Сахалинской области
175.57kb.
План-график проверок и служебных командировок федеральных государственных гражданских служащих Управлении Федеральной службы государственной регистрации, кадастра и картографии (далее – Управление) на 2011 год
166.52kb.
Престиж государственной службы в социокультурном аспекте
165.81kb.
Территориальный орган Федеральной службы государственной статистики по Костромской области
46.12kb.
1 Категория должности государственной гражданской службы края: обеспечивающие специалисты
148.31kb.
Правовые и организационные формы борьбы с коррупцией в системе государственной службы
969.43kb.
Статья посвящена вопросам профилактики наркомании и немедицинского потребления наркотиков среди учащейся молодежи Хабаровского края. Проведен анализ результатов социологического опроса, проведенного в 2012 г
125.67kb.
В г. Калининграде история государственного управления и государственной службы россии учебно-методический комплекс
888.46kb.