Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики
Покупка
Новинка
Тематика:
Техническая механика. Сопротивление материалов / Теплоэнергетика. Теплотехника / Гидротехническое строительство
Издательство:
ННГАСУ
Автор:
Соколов Михаил Михайлович
Год издания: 2022
Кол-во страниц: 50
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
Среднее профессиональное образование
Артикул: 832366.01.99
Доступ онлайн
В корзину
В настоящем учебно-методическом пособии по дисциплине «Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики» даются конкретные рекомендации учащимся для освоения, как основного, так и дополнительного материала дисциплины, способствующие достижению целей, обозначенных в учебной программе дисциплины. Цель учебно-методического пособия — это помощь в подготовке к лекционным и практическим занятиям.
Предназначено обучающимся в ННГАСУ студентам среднего профессионального образования для подготовки к лекционным и практическим занятиям по дисциплине «Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики» по направлению подготовки 08.02.08 Монтаж и эксплуатация оборудования и систем газоснабжения.
Тематика:
- 1207: Техническая механика. Сопротивление материалов
- 161005: Теплоэнергетика. Теплотехника
- 2101: Гидротехническое строительство
ББК:
УДК:
ОКСО:
- Среднее профессиональное образование
- 08.02.08: Монтаж и эксплуатация оборудования и систем газоснабжения
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет» М.М.Соколов ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ, ТЕПЛОТЕХНИКИ И АЭРОДИНАМИКИ Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным и практическим занятиям по дисциплине «Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики» для обучающихся по направлению подготовки 08.02.08 Монтаж и эксплуатация оборудования и систем газоснабжения. Нижний Новгород ННГАСУ 2022
УДК 621.1.016 Соколов М.М. Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики. [Электронный ресурс]: учеб.- метод. пос. / М.М. Соколов; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2022. – 50 с; ил. 1 электрон. опт. диск (CD-RW) В настоящем учебно-методическом пособии по дисциплине «Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики» даются конкретные рекомендации учащимся для освоения, как основного, так и дополнительного материала дисциплины, способствующие достижению целей, обозначенных в учебной программе дисциплины. Цель учебно- методического пособия — это помощь в подготовке к лекционным и практическим занятиям. Предназначено обучающимся в ННГАСУ студентам среднего профессионального образования для подготовки к лекционным и практическим занятиям по дисциплине «Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики» по направлению подготовки 08.02.08 Монтаж и эксплуатация оборудования и систем газоснабжения. © М.М. Соколов, 2022 © ННГАСУ, 2022.
Оглавление 1. Общие положения ..................................................................................................................... 4 1.1 Цели изучения дисциплины и результаты обучения ....................................................... 4 1.2 Содержание дисциплины .................................................................................................... 4 1.3 Порядок освоения материала .............................................................................................. 6 2. Методические указания по подготовке к лекциям ................................................................. 7 2.1 Общие рекомендации по работе на лекциях ..................................................................... 7 2.2 Общие рекомендации при работе с конспектом лекций .................................................. 7 2.3 Общие рекомендации по изучению материала лекций и их теоретический базис ....... 7 3. Методические указания по подготовке к практическим занятиям..................................... 35 3.1 Общие рекомендации по подготовке к практическим занятиям .................................. 35 4. Методические указания по организации самостоятельной работы ................................... 41 4.1 Общие рекомендации для самостоятельной работы ...................................................... 41 4.2 Пример тестового задания для проверки знаний ............................................................ 46 Литература ................................................................................................................................... 49
1. Общие положения 1.1 Цели изучения дисциплины и результаты обучения Целями освоения учебной дисциплины ОП.06 Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики являются: приобретение теоретических знаний и практических навыков в области теплотехники, гидравлики и аэродинамики. В процессе освоения дисциплины студент должен Знать: − начала термодинамики − основные термодинамические законы, − особенности построения термодинамических циклов, − особенности выполнения теплотехнического расчета, − особенности выполнения гидравлического расчета, − основные критерии подобия, − практические аспекты рассматриваемых фундаментальных дисциплин. Уметь: − выполнять общий теплотехнический и гидравлический расчет, − работать с I-d диаграммой влажного воздуха, − строить термодинамические циклы. Учебная дисциплина ОП.06 Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики от- носится к общепрофессиональному циклу основной профессиональной образовательной программы среднего профессионального образования по специальности 08.02.08 Монтаж и эксплуатация оборудования и систем газоснабжения. 1.2 Содержание дисциплины Материал дисциплины сгруппирован по следующим разделам: Раздел 1. Термодинамика как наука Лекционные занятия
Тема 1.1. Термические параметры состояния. Основные термины и определения. Начала термодинамики и следствия из них. Объем, давление, температура. Определения, размерности, примеры применения. Тема 1.2. Идеальный газ. Определение. Уравнение Менделеева-Клайперона. Уравнения Шарля, Бойля-Мариотта, Гей-Люссака. Тема 1.3. Базовые термодинамические процессы. Изотермический, изохорный, изобарный процессы. Определения и особенности построе- ния в различных системах координат. Тема 1.4. Энергия, работа, энтальпия, энтропия, теплоемкость. Основные термины и определения. Тема 1.5. Адиабатный и политропный процессы. Основные циклы. Определения и особенности построения в различных системах координат. Циклы: Карно, Брайтона, Отто, Дизеля, Тринклера, Ренкина. Практические занятия. Особенности построения термодинамических циклов. Решение задач. Раздел 2. Гидравлика как наука Лекционные занятия Тема 2.1. Гидростатика как раздел гидравлики. Основные термины и определения. Основные математические зависимости. Тема 2.2. Гидродинамика как раздел гидравлики. Основные термины и определения. Основные математические зависимости. Тема 2.3. Режимы течения жидкости. Потери в линейных и местных сопротивлени- ях. Основные термины и определения. Основные математические зависимости. Примеры. Тема 2.4. Гидравлика в инженерных задачах Особенности расчета трубопроводов и инженерного оборудования на примере кожухо- трубных теплообменников. Основные математические зависимости. Примеры. Практические занятия.
Опыт Рейнольдса. Ламинарное и турбулентное течение. Решение задач. Раздел 3. Теплофизика как наука Лекционные занятия Тема 3.1. Теплофизика. Основные термины и определения. Способы теплообмена. Теп- лопроводность. Уравнение Фурье. Тема 3.2. Излучение и конвекция. Основные термины и определения. Уравнение Стефа- на-Больцмана. Краткие сведения о теории подобия. Тема 3.3. Основы теплоотдачи. Основные термины и определения. Факторы, влияющие на теплоотдачу. Тема 3.4. Теплофизика в инженерных задачах. Определение сопротивления теплопере- дачи наружных ограждающих конструкций. Построение температурного графика внутри стены. Практические занятия. Основные параметры I-d диаграммы влажного воздуха. Построения на i-d диаграмме. Определение температуры точки росы в помещение. Графический и аналитический мето- ды определения параметров микроклимата влажного воздуха. 1.3 Порядок освоения материала На освоение материала студентам выделяется 36 часов, из которых лекционных за- нятий - 30 часов и практических занятий - 6 часов. Промежуточная аттестация проходит в форме дифференцированного зачета.
2. Методические указания по подготовке к лекциям 2.1 Общие рекомендации по работе на лекциях Лекция – это важнейшее звено дидактического цикла обучения, цель которой - фор- мирование основы для последующего усвоения учебного материала. В ходе лекции пре- подаватель в устной форме, а также с помощью презентаций передает обучаемым знания по основным, фундаментальным вопросам изучаемой дисциплины. Назначение лекции состоит в доходчивом изложении основных положений изучае- мой дисциплины и ориентации на наиболее ее важные вопросы. Большие возможности для реализации образовательных и воспитательных целей предоставляет личное общение на лекции преподавателя со студентами. При подготовке к лекционным занятиям студенты должны ознакомиться с презента- ций, предлагаемой преподавателем, отметить непонятные термины и положения, подгото- вить вопросы с целью уточнения правильности понимания. Рекомендуется приходить на лекцию подготовленным, так как в этом случае лекция может быть проведена в интерак- тивном режиме, что способствует повышению эффективности лекционных занятий. 2.2 Общие рекомендации при работе с конспектом лекций В ходе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного материа- ла. Он помогает внимательно слушать и лучше запоминать в процессе осмысленного за- писывания. Также конспект незаменим, как опорный материал при подготовке к семина- ру, зачету, экзамену. В случае неясности по тем или иным вопросам необходимо задавать преподавателю уточняющие вопросы. Следует ясно понимать, что отсутствие вопросов без обсуждения означает в большинстве случаев неусвоенность материала дисциплины. 2.3 Общие рекомендации по изучению материала лекций и их теоретический базис Теплотехника – наука, занимающаяся исследованием методов использования хи- мической энергии топлива, изучением законов преобразования этой энергии в тепловую и механическую, а также изучением веществ, участвующих в этих преобразованиях (топли- во, вода, водяной пар и т.д.). Условно теплотехнику подразделяют на 3 раздела: 1. Техническая термодинамика и рабочие процессы тепловых двигателей.
2. Теория теплопередачи. 3. Инженерное оборудование. Также в данном курсе затрагивается гидравлика и аэродинамика. 2.3.1 Раздел 1. Термодинамика как наука Введение. Термины и определения. Основные законы. Термодинамика изучает особенности преобразования энергии и опирается на 4 по- стулата (начало термодинамики) 0 начало термодинамики Замкнутая система независимо от своего начального состояния в конце концов приходит к состоянию термодинамическому равновесию (покоя) и самостоятельно выйти из нег не может. Следствие из 0 начала: вводится само понятие термодинамическая система «и одно из ее важнейших характеристик (оценок) – температура. Термодинамическая система – замкнутая и достаточно обширная в области числа Авогадро (6,02∙1023), в которых собираются статистические закономерности (движение молекул, нагрев и охлаждение тел). Первый закон (начало) термодинамики – это закон сохранения энергии. Энер- гия не возникает самопроизвольно и не исчезает бесследно, а лишь переходит из одного вида в другой. Следствие из 1-го закона: невозможно создать вечный двигатель 1-го рода (КПД > 100%) Второй закон (начало) термодинамики. Теплота не передается самопроизвольно от менее нагретого тела к более нагретому. Следствие из 2-го закона: невозможно создать вечный двигатель 2-го рода (КПД=100%) Третий закон термодинамики. Невозможно достичь абсолютного ноля темпера- туры в любом конечном процессе, связанном с изменением энтропии, а можно к нему лишь асимптотически приблизиться. Следствие из 3-го закона: Абсолютный ноль по Кельвину – это –273,15°С недо- стижим в термодинамических системах, так как при этом прекращается любое тепловое движение. Температура, объём и давление называются термический параметр состояния. Техническое определение. Температура – это степень нагретости тела.
Физическое определение. Температура – мера кинетической энергии движения мо- лекул. t[k] 5 ( 32) 9 c F t t = ⋅ − ; 9 ( 32) 5 F c t t = ⋅ + (1) Исторически сложилось, что благодаря более точной шкале Вильяма Томсона (Лорда Кельвина), все расчеты фундаментальных дисциплин, в том числе в технической термодинамики производятся в Кельвинах. Температура стала одной из фундаментальных величин, имеющих неделимую размерность (её невозможно выразить через другие раз- мерности – всего таких величин семь: масса (кг), время (с), длина (м), сила тока (А), тем- пература (К), сила света (кд), количество вещества (моль)). Давление – это сила (совокупность сил), приложенных к площади поверхности. 2 2 2 2 кг м кг [Па] м с м с м H P ⋅ = = = ⋅ ⋅ Объем – величина, характеризующая пространство заменяем термодинамической системой. м3 кг V v m = v – удельная величина 3 1 кг v м ρ = (2) Эти параметры связывают так называемые термические уравнения состояний, ко- торые представляли ранее 3 газовых закона. 1) Закон - Бойля-Мариотта PV = const T = const (3) Если произведение давления и объема является постоянной величиной, то и Т явля- ется постоянной величиной. 2) Закон Гей-Люссака 1 1 2 2 V T V T = p = const (4) При постоянстве отношений объемов и температур – постоянство давления. 3) закон Шарля 1 1 2 2 p T p T = V = const (5) При постоянстве отношение давлений и температур постоянный объем.
В настоящее время все 3 уравнения объединяются в более универсальном уравне- нии Менделеева – Клайперона m pV R T µ = µ , (6) где Rµ −универсальная газовая постоянная (вывод при нормальных условиях) При нормальных условиях: Т=273К (0°С); р=760 мм.рт.ст. (101325 Па); V=22,4 м3 101325 22,4 8313,8Дж К моль 273 pV R T µ ⋅ = = = ⋅ Уравнение Менделеева-Клапейрона позволяет работать с идеальными газами - это способность частиц, представляющих собой математические точки (не имеющие объема) где все взаимодействие сводится к соударению (сила притяжения и взаимного отталкива- ния отсутствует). Основные термические процессы. Изотермический процесс, проходящий при постоянной температуре, изобарный процесс, проходящий при постоянном давлении, изохорический процесс, проходящий при постоянном объеме - являются тремя базовыми процессами термодинамики. Рис 1. Особенности отображения термических процессов.
Энергия. Работа. Теплота. Энтальпия. Теплоемкость. Энтропия Пожалуй, самая известная форма записи энергии: Е = m ∗ c (7) c= 3*103 м/с- скорость света, m – масса тел, кг = (8) m0 - покоящегося тела W- скорость, с которой движется тело = ∗ (9) = ∗ - энергия покоящегося тела ≠ 0, = 0; , при ≈ малых скоростях = ∗ + ∗ ∗ = из (9) =+ ∗ Таким образом, полная энергия микросистемы будет определяться по формуле: E=Eпот+Екин+U (10) Под всей энергией понимают меру движения материи. Полная энергия микроси- стемы включает в себя кинетическую энергию системы во внешних силовых полях и внутреннюю энергию системы (все границы термодинамические эти 3 энергии). Энергия может передаваться посредством теплоты или работы. Работа это воздействие сил давления при изменении объема системы = = ∗ ∆ (11) В данном уравнении, величина p рассматривается как обобщенная сила или потен- циал, разность которой у среды и системы вызывает процесс, а величину V как обобщен- ную координату, то есть величину, изменяющуюся под влиянием этого потенциала. Рабо- та сил давления в элементарном процессе равна произведению обобщенной силы на диф- ференциал обобщенной координаты. Количество теплоты определяется как произведение теплоемкости вещества на элементарную разность температур. " = ∗ ∗ # (12) Теплоемкостью называют количество тепла, которое необходимо сообщить телу, чтобы повысить температуру какой-либо его количественной единицы на 1℃. В базовом представлении теплоемкость подразделяется на массовую, мольную и объемную. По-
Доступ онлайн
В корзину