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

2

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 уни-верситет, 2009. – 20с.

Изложены основные понятия и термины термодинамики и теплотех-

ники. Даны задания для самостоятельной работы и вопросы для самопровер-ки.

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 научно-исследовательских работ.

© Черный А.А., 2009

3

ВВЕДЕНИЕ

Термодинамика и теплотехника являются базовыми учебными дис-циплинами 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 сту-дентами законов термодинамики, термодинамических процессов, теплообме-на, тепловых двигателей, для эффективной работы с литературными источ-никами выявилась необходимость изложить системно основные понятия и термины термодинамики и теплотехники.

Понятия и термины термодинамики и теплотехники размещены в со-ответствующих разделах теплотехники [1].

В учебном пособии приведены задания для самостоятельной работы, вопросы для самопроверки по термодинамике.

4

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ И ТЕПЛОТЕХНИКИ

1. Техническая термодинамика

Термодинамика – наука о наиболее общих свойствах макроскопиче-

ских физических систем, находящихся в состоянии термодинамического рав-новесия, и о процессах перехода между этими состояниями.

Техническая термодинамика – раздел термодинамики, занимаю-щийся 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, ненаправ-ленным движением микрочастиц называется теплообменом, а количество пе-редаваемой при этом энергии — количеством теплоты, теплотой процесса или теплотой.

Термодинамической системой называется совокупность макро-скопических тел, которые могут взаимодействовать между собой и с другими телами, составляющими внешнюю среду, в виде обмена энергией или веще-ством.

Рабочее тело – газообразное, жидкое или плазменное вещество, с по-мощью которого осуществляется преобразование какой-либо энергии при получении механической работы, холода, теплоты.

Параметры состояния — физические величины, однозначно харак-теризующие состояние термодинамической системы и не зависящие от пре-дыстории системы.

Давление — физическая величина, характеризующая интенсивность нормальных сил, с которыми одно тело действует на поверхность другого.

Уравнение состояния — уравнение, выражающее связь между пара-метрами равновесного состояния термодинамической системы.

Равновесный процесс - процесс перехода термодинамической сис-темы 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 воз-вращении 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.

5

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 необходи-мо 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 сис-теме при постоянном внешнем давлении. Изотермный процесс - процесс, происходящий в физической системе при постоянной температуре.

Адиабатный процесс совершается в физической системе, не полу-чающей теплоту извне и не отдающей ее, т. е. отсутствует теплообмен рабо-чего 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 те-плоты (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 сис-темы увеличивается.

Эксергия или техническая работоспособность – максимальная рабо-та, совершаемая рабочим телом, если в качестве холодного источника тепло-ты принимается внешняя среда с температурой Т0.

Парообразование – процесс перехода вещества из конденсированной фазы (жидкой или твердой) в газовую.

Теплота жидкости — количество теплоты, необходимое для подог-рева 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 на-сыщенный пар при постоянном давлении (и постоянной температуре).

Теплота перегрева – количество теплоты, необходимое для превра-щения 1 кг сухого насыщенного пара при постоянном давлении в перегретый пар с температурой Тпе.

Свободная энергия – изохорно-изотермный термодинамический по-тенциал или энергия Гельмгольца.

Влажный воздух — смесь сухого воздуха с водяным паром.

6

Точка росы — температура, до которой должен охлаждаться нена-сыщенный влажный воздух, чтобы содержащийся в нем перегретый пар стал насыщенным.

Абсолютная влажность воздуха — масса водяного пара, содер-жащегося в 1 м3 влажного воздуха.

Относительная влажность воздуха — отношение абсолютной влажности воздуха к максимально возможной при данном давлении и темпе-ратуре, когда воздух насыщен водяным паром.

Располагаемая работа – приращение кинетической энергии газа при движении по каналу, которое может быть использовано в машинах и пре-вращено в другие виды энергии, а также работа перемещения канала.

Сопло – канал, в котором происходит расширение газа с уменьшени-ем и увеличением скорости его движения.

Сопло Лаваля – комбинированное сопло с суживающейся и расши-ряющейся частями, применяемое для получения скоростей газа больше ско-рости звука.

Дросселирование — процесс понижения давления в потоке без со-вершения внешней работы и без подвода и отвода теплоты при прохождении через местное гидравлическое сопротивление.

Эффект Джоуля — Томсона - изменение температуры газа в ре-зультате адиабатного дросселирования.

Температура инверсии – температура, соответствующая состоянию газа, при котором температура газа при адиабатном дросселировании не из-меняется.

Компрессор – машина для сжатия воздуха или газа до избыточного давления не ниже 0,2 МПа.

Турбокомпрессор – центробежный или осевой лопаточный компрес-сор для сжатия и подачи воздуха или газа.

Степень сжатия - отношение объемов в цилиндре двигателя при по-ложениях поршня в начале и конце процесса сжатия.

Степень повышения давления — отношение наибольшего давления в цилиндре двигателя, образовавшегося в результате подвода теплоты, к дав-лению 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 кон-це отвода теплоты от рабочего тела к холодному источнику при постоянном давлении.

Регенерация – использование теплоты отходящих газообразных про-дуктов сгорания для подогрева поступающего газообразного топлива, возду-ха или их смеси.

7

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 те-

плоты 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, сопрово-ждаемый 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, распро-странением их в пространстве и поглощением энергии этих волн веществом.

Массообмен - самопроизвольный необратимый процесс переноса массы данного компонента в пространстве с неоднородным полем концен-трации (химического потенциала).

Температурное иоле — совокупность значений температуры во всех точках тела (или пространства) в некоторый фиксированный момент време-ни.

Градиент температуры — вектор, численно равный производной от температуры по направлению нормали к изотермной поверхности.

Тепловой поток - количество теплоты, переданное через произ-вольную поверхность в единицу времени.

Коэффициент теплоотдачи характеризует количество теплоты, пе-реданное в единицу времени через единицу площади поверхности твердого тела путем конвекции при разности температур между поверхностью тела и средой в 1К.

8

Естественная (свободная) конвекция возникает под действием не-однородного поля внешних массовых сил (сил гравитационного, инерцион-ного, магнитного или электрического поля), приложенных к частицам жид-кости внутри системы.

Вынужденная конвекция возникает под действием внешних по-верхностных сил, приложенных на границах системы, или под действием од-нородного поля массовых сил, действующих в жидкости внутри системы. Вынужденная конвекция может осуществляться также за счет запаса кинети-ческой энергии, полученной жидкостью вне рассматриваемой системы.

Условия однозначности к системе уравнений, описывающих явле-ние теплоотдачи, состоят из геометрических, физических, граничных и на-чальных условий.

Физическое подобие - соответствие между физическими процессами, выражающееся в тождественности их безразмерных математических описа-ний.

Константы подобия - отношения однородных физических величин в сходственных точках модели и натурного объекта. Критерии подобия - безразмерные числа, составленные из размерных физических величин, опре-деляющих рассматриваемые физические явления.

Определяющие критерии подобия - числа подобия, составленные из величин, заданных при математическом описании процесса.

Определяемые безразмерные комплексы — числа подобия, со-держащие определяемую величину.

Критериальные уравнения подобия — функциональные зависи-мости между критериями подобия, характеризующими явление.

Ламинарный режим течения – режим движения жидкости, при ко-тором возможны стационарные траектории ее частиц.

Термический начальный участок — участок трубы, на котором по-ле температуры зависит от условий на входе в трубу.

Участок стабилизированного теплообмена — участок трубы, на котором поле температуры практически не зависит от распределения темпе-ратуры в начальном сечении обогреваемого участка.

Турбулентный режим – режим движения жидкости с хаотически из-меняющимися во времени траекториями частиц, при котором в потоке воз-никают нерегулярные пульсации скорости, давления и температуры, нерав-номерно распределенные в потоке.

Степень турбулентности – отношение средней квадратичной пуль-саций составляющих вектора скорости в данной точке к осредненной скоро-сти 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.

9

Первая критическая плотность теплового потока — максимально возможная (при данных условиях) плотность теплового потока при пузырь-ковом кипении.

Пленочная конденсация — образование сплошной пленки конден-сата на смачиваемой поверхности.

Капельная конденсация - образование капель конденсата на не-смачиваемой поверхности.

Плотность потока излучения — количество энергии излучения, проходящее в единицу времени через единицу площади поверхности в пре-делах полусферического телесного угла.

Спектральная плотность потока излучения — отношение плот-ности потока излучения, испускаемого в бесконечно малом интервале длин волн, к величине этого интервала.

Закон Стефана — Больцмана: плотность потока излучения абсо-лютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной темпе-ратуры.

Степень черноты тела — отношение плотностей потока излучения серого тела и абсолютно черного тела при той же температуре.

Закон Кирхгофа: отношение плотности потока излучения серого те-ла к его поглощательной способности не зависит от природы тела и равно плотности потока излучения абсолютно черного тела при той же температу-ре.

Коэффициент облученности – отношение потока излучения первого тела, падающего на второе тело к потоку полного полусферического излуче-ния первого тела.

Прямоток - движение двух теплоносителей в теплообменном аппара-те параллельно друг другу в одном и том же направлении.

Противоток — движение двух теплоносителей в теплообменном ап-парате параллельно друг другу в противоположных направлениях.

Перекрестный ток — движение двух теплоносителей в тепло-обменном 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 го-

рючей смеси в цилиндре карбюраторного двигателя, при котором резко (в сто раз) увеличивается скорость распространения пламени.

10

Горение — химический процесс соединения топлива с окислителем, сопровождающийся интенсивным тепловыделением и резким повышением температуры продуктов сгорания.

Коэффициент избытка воздуха – отношение действительного коли-чества воздуха Vд, подаваемого для организации процесса горения, к теоре-тически необходимому количеству V0.

Котельная установка – совокупность котла и вспомогательного обо-рудования.

Котел – конструктивно объединенный в одно целое комплекс уст-ройств для получения пара или для нагрева воды под давлением.

Топка – устройство котла, предназначенное для сжигания органиче-ского топлива, частичного охлаждения продуктов сгорания и выделения зо-лы.

Прямоточный котел – котел с последовательным однократным при-нудительным движением воды.

Пароперегреватель — устройство для повышения температуры пара выше температуры Насыщения, соответствующей давлению в котле.

Экономайзер — устройство, обогреваемое продуктами сгорания топ-лива и предназначенное для подогрева или частичного парообразова-ния воды, поступающей в котел.

Воздухоподогреватель — устройство для подогрева воздуха про-дуктами сгорания топлива перед подачей в топку котла.

Обмуровка котла – система огнеупорных и теплоизоляционных ог-раждений или конструкций котла, предназначенная для уменьшения тепло-вых потерь и обеспечения газовой плотности.

Промышленная печь – совокупность устройств, предназначенных для нагрева материалов или изделий.

Сушка – процесс удаления жидкости (чаще влаги) из различных ма-териалов.

Диффузионный или молекулярный перенос массы – перенос мас-сы, 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 температу-ры.

Рециркуляция – возврат части воздуха или уходящих газов в су-шильную 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 ру-

ды. Дуговая печь – промышленная печь, в которой теплота электриче-

ской дуги используется для плавки металлов и других металлов.

11

Индукционная плавильная печь – печь, в которой металл находит-ся в переменном электромагнитном поле, в результате чего в металле индук-тируется нагревающий его электрический ток.

Печь - устройство, в котором в результате горения топлива или пре-вращения электрической энергии выделяется теплота, используемая для теп-ловой 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 расплавлен-ного 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 электро-плавки металлов, при котором необходимая для плавки теплота выделяется при прохождении электрического тока через расплавленный электропрово-дящий шлак.

4. Паротурбинные, газотурбинные и комбинированные установ-

ки

Паротурбинная установка — энергетическая установка, включа-ющая паровые котлы и паровые турбины.

Газотурбинная установка — конструктивно-объединенная сово-купность газовой турбины, компрессора, камеры сгорания, газовоздушного тракта, системы управления и вспомогательных устройств.

Паровая и газовая турбины — турбины, в которых в качестве рабо-чего тела используется соответственно пар и газ.

Ступень — это совокупность неподвижного соплового аппарата и вращающегося рабочего колеса (в турбине) или вращающегося рабочего ко-леса и неподвижного спрямляющего аппарата (в компрессоре).

Сопловая и рабочая решетка – совокупность определенным обра-зом расположенных в соответствующем ряду сопловых (или спрямляющих) или рабочих лопаток.

12

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 со-пловых лопаток, через которые проходит рабочее тело, или длина дуги, заня-тая сопловой решеткой, отнесенная к длине окружности.

Внутренний относительный КПД — КПД ступени паровой тур-бины, учитывающий все виды потерь.

Регенеративный отбор – нерегулируемый отбор пара из ступени турбины для повышения температуры питательной воды.

Газотурбинная установка замкнутого цикла – ГТУ, в которой ра-бочее тело циркулирует по замкнутому контуру.

Парогазовая установка (ПГУ) — комбинированная установка, в ко-торой основная доля теплоты подводится с топливом в паротурбинную часть.

Газопаровая установка (ГПУ) — комбинированная установка, в ко-торой 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 ко-

торого происходит сжигание топлива и преобразование части выделившейся теплоты в механическую работу.

Рабочий цикл ДВС – совокупность различных процессов, происхо-дящих в цилиндре ДВС в определенной последовательности.

Карбюраторный двигатель – ДВС, в котором горючая смесь приго-товляется 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 тако-му 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 внут-ри цилиндра.

Эффективная мощность — мощность, отдаваемая потребителю и составляющая часть индикаторной мощности.

Среднее эффективное давление — это условное постоянное давле-ние в цилиндрах, при котором работа, произведенная в них за один такт, рав-на эффективной работе.

Индикаторный КПД— отношение количества теплоты Qi экви-валентного индикаторной работе, ко всему количеству теплоты Q, введенно-му в двигатель с топливом.

13

Эффективный КПД — отношение количества теплоты, эквива-лентной полезной работе, к количеству теплоты, затраченной на получение этой работы.

Удельный индикаторный gi (или эффективный ge) расход топли-ва — количество топлива тт, расходуемого в двигателе для получения в те-чение 1 ч индикаторной (или эффективной) мощности в 1 кВт.

6. Компрессорные, холодильные, криогенные машины и уста-

новки

Объемный компрессор – компрессор, в котором повышение давле-ния газа происходит при уменьшении замкнутого объема.

Индикаторная диаграмма — зависимость давления газа в цилиндре от объема рабочей полости цилиндра.

Производительность объемного компрессора - объемное коли-чество газа, подаваемое потребителю в единицу времени, измеренное после компрессора и приведенное к условиям всасывания, т.е. давлению и темпера-туре в стандартной точке всасывания.

Индикаторная мощность ступени действительного компрессора - мощность, затраченная на взаимодействие рабочего органа (поршня или ро-тора) 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 воз-действие на газ осуществляется вращающимися лопатками.

Охлаждение – отвод теплоты от тел и передача ее другим телам или в окружающую среду.

Холодопроизводительность – количество теплоты, отводимое холо-дильной 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.

14

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 произ-

водства: коксовых вагранок; газовых вагранок; электродуговых печей; термических печей; сушильных печей; плазменных плавильных агрегатов. 4. Определить на основе тепловых балансов возможности улучшения ра-

боты печей, повышения термического коэффициента полезного дейст-вия тепловых агрегатов.

5. Выполнить анализ тепловой работы печи. 6. Сделать анализ газодинамического процесса в горящем факеле, объяс-

нить 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.

15

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Почему термодинамика – наука о более общих свойствах макроско-пических физических систем?

2. Является ли техническая термодинамика разделом термодинамики? 3. Что такое тепловое движение? 4. Как передается энергия? 5. Что происходит в термодинамической системе? 6. Почему газообразное, жидкое, плазменное вещество называют рабо-

чим телом? 7. Какие физические величины являются параметрами состояния? 8. Что характеризует физическая величина «давление»? 9. Что выражает уравнение состояния? 10. Какой процесс называется равновесным, неравновесным, обратимым,

необратимым? 11. Почему термодинамический цикл – круговой процесс? 12. Какое давление называется парциальным? 13. Что такое – теплоемкость? 14. В каких случаях процессы называются изохорным, изобарным, изо-

термным, адиабатным, политропным? 15. Как определяется термический КПД? 16. Какие превращения происходят в цикле Карно? 17. На каком начале термодинамики основана термодинамическая тем-

пературная шкала? 18. Почему в цикле с необратимыми процессами энтропия изолирован-

ной системы увеличивается? 19. Что такое эксергия? 20. Что такое парообразование, теплота жидкости, теплота парообразо-

вания, теплота перегрева, свободная энергия? 21. Как объяснить термины: влажный воздух, точка росы, абсолютная

влажность воздуха, относительная влажность воздуха? 22. К какому приращению кинетической энергии газа относится термин

«располагаемая работа»? 23. Что такое сопло, сопло Лаваля? 24. Как объяснить дросселирование, эффект Джоуля-Томсона? 25. В каком случае достигается температура инверсии? 26. Для чего используется компрессор? 27. Чем отличается турбокомпрессор от компрессора? 28. Что такое степень сжатия, степень повышения давления, степень

предварительного расширения, степень падения давления, степень сокращения объема?

29. Зачем используют регенерацию теплоты? 30. В какой паросиловой установке используют цикл Ренкина? 31. Как объясняются термины: бинарный цикл, холодильный цикл, холо-

дильный коэффициент?

16

32. Что такое адсорбционная холодильная установка, термотрансформа-тор?

33. Как объясняются термины: теплообмен, теплопроводность, конвек-тивный теплообмен, теплоотдача, лучистый теплообмен, массообмен, температурное поле, градиент температуры, тепловой поток, коэффи-циент теплоотдачи, естественная (свободная конвекция, вынужденная конвекция)?

34. Что такое – условия однозначности, физическое подобие, константы подобия, критерии подобия, определяющие критерии подобия, опре-деляемые безразмерные комплексы, критериальные уравнения подо-бия?

35. Как объясняются ламинарный режим течения, термический началь-ный участок, участок стабилизированного теплообмена, турбулент-ный 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 плот-ность 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 те-плоносителей?

40. Какое горючее вещество можно отнести к топливу? 41. Что такое теплота горения, условное топливо, детонация, горение, ко-

эффициент избытка воздуха? 42. К каким устройствам относятся котельная установка, котел, топка,

прямоточный котел, пароперегреватель, экономайзер, воздухоподог-реватель?

43. Как выполняется обмуровка котла? 44. Какие применяются промышленные печи? 45. Каково назначение паротурбинной установки, газотурбинной уста-

новки, 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, парога-

зовая установка, газопаровая установка? 48. Как устроен ядерный реактор? 49. Как работает двигатель внутреннего сгорания (ДВС), каков его рабо-

чий 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?

17

52. Как возникает реактивная тяга? 53. Какие отличительные особенности газотурбинного, турбареактивно-

го, 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, криоген-

ным машинам и установкам? 57. Какие бывают типы электростанций, в чем отличие атомных электро-

станций от тепловых? 58. Как осуществляются сушка материалов, вентиляция и кондициониро-

вание воздуха, теплоснабжение промышленных предприятий? 59. Почему разработаны основы энерготехнологии и использования вто-

ричных энергетических ресурсов? 60. Какова история развития плавки чугуна на газообразном топливе, ка-

кие газовые вагранки используются в промышленности? 61. Какие изобретения эффективных тепловых устройств внедрены в ли-

тейном производстве?

18

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.: Машинострое-ние, 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 про-цессах: Учебн.пособие. – Пенза: Изд-во Пенз.гос.техн.ун-та, 1993. – 460с. 4. Металлургическая теплотехника. В 2-х томах. Т.1. Теоретические ос-новы: 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 сис-темах. 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. – 3-е 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 радиоаппара-туры». – М.: Высш.школа, 1984. – 247с.

10. Телегин А.С., Авдеева В.Г. Теплотехника и нагревательные уст-ройства: Учебн.пособие для машиностроительных техникумов по специаль-ности «Ковочно-штамповочное производство». – М.: Машиностроение, 1985. – 248с.

11. Долотов Г.П., Кондаков Е.А. Печи и сушила литейного производ-ства: Учебник для техникумов. – 2-е изд., перераб.и доп. – М.: Машино-строение, 1984. – 232с.

12. Никольский Л.Е. Тепловая работа дуговых сталеплавильных пе-чей/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.: Метал-лургия, 1978. – 264с.

19

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

20

ЧЕРНЫЙ Анатолий Алексеевич

ТЕРМОДИНАМИКА

(Сборник рефератов)

Учебное пособие

Пензенский государственный университет Пенза, Красная, 40