1. Цели освоения дисциплины
| 1.1. | Целями освоения учебной дисциплины «теплотехника» являются формирование теоретических знаний и практических навыков по использованию законов теплофизики для решения широкого спектра задач в различных областях науки и техники, а также представления о физике тепловых явлений как обобщении наблюдений, практического опыта и эксперимента. |
|---|
2. Место дисциплины в структуре ООП
| Цикл (раздел) ООП: Б1.О.04 |
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
| ОПК-4 | Способен обеспечивать проведение технологического процесса, использовать технические средства для контроля параметров технологического процесса, свойств сырья и готовой продукции, осуществлять изменение параметров технологического процесса при изменении свойств сырья |
| ОПК-4.1 | Знает основные принципы организации химического производства; общие закономерности химических процессов; основные методы и технические средства контроля параметров технологического процесса |
| ОПК-4.2 | Способен проводить измерения основных химико-технологических параметров для контроля производственного процесса, свойств сырья и готовой продукции; рассчитывать основные характеристики химического процесса, выбирать рациональную схему производства заданного продукта, оценивать технологическую эффективность производства |
| ОПК-4.3 | Способен изменять параметры технологического процесса при изменении свойств сырья с использованием прикладных программ моделирования химико-технологического оборудования и производственных процессов |
| В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
| 3.1. | Знать: |
|---|---|
| 3.1.1. | основные понятия и определения технической термодинамики; первый и второй законы термодинамики; термодинамические процессы; термодинамику потока; фазовые переходы, теорию теплообмена; основы расчета теплообменных аппаратов в промышленной теплотехнике; теплопередачу: теплопроводность, конвекционный теплообмен, теплообмен излучением, основы массообмена |
| 3.2. | Уметь: |
| 3.2.1. | применять теорию тепло- и массообмена для изучения и регулирования теплового режима производственного оборудования, планировать и интерпретировать результаты производственных термометрических работ |
| 3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
| 3.3.1. | навыками использования термодинамических расчетов в определении возможности и направленности природных процессов и явлений, навыками работы с литературой по теплофизике, использования ее законов в профессиональной деятельности |
4. Структура и содержание дисциплины
| Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Семестр | Часов | Компетенции | Литература |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Раздел 1. Раздел 1. Предмет теплофизики. Общие положения теории теплообмена | ||||||
| 1.1. | Температурное поле. Тепловой поток. Механизмы переноса теплоты. Закон Фурье. Перенос теплоты в сплошной и дисперсной средах. Дифференциальные уравнения энергии. Постановка задачи расчета поля температур | Лекции | 4 | 6 | ОПК-4.1, ОПК-4.2, ОПК-4.3 | Л1.1, Л1.2 |
| 1.2. | Температурное поле. Тепловой поток. Механизмы переноса теплоты. Закон Фурье. Перенос теплоты в сплошной и дисперсной средах. Дифференциальные уравнения энергии. Постановка задачи расчета поля температур | Практические | 4 | 2 | ОПК-4.1, ОПК-4.2, ОПК-4.3 | Л1.1, Л2.1, Л1.2 |
| 1.3. | Изготовление термопары. Градуирование термометров | Лабораторные | 4 | 5 | ОПК-4.1, ОПК-4.2, ОПК-4.3 | Л1.1, Л3.1, Л1.2 |
| 1.4. | Температурное поле. Тепловой поток. Механизмы переноса теплоты. Закон Фурье. Перенос теплоты в сплошной и дисперсной средах. Дифференциальные уравнения энергии. Постановка задачи расчета поля температур | Сам. работа | 4 | 22 | ОПК-4.1, ОПК-4.2, ОПК-4.3 | Л1.1, Л2.2, Л1.2 |
| Раздел 2. Раздел 2. Кондуктивный теплообмен | ||||||
| 2.1. | Постановка задачи кондуктивного теплообмена. Уравнение теплопроводности и краевые условия. Стационарная теплопроводность в плоской, цилиндрической и сферической стенке. Неодномерные стационарные задачи теплопроводности, численные методы. Одномерная нестационарная задача теплопроводности, численные методы | Лекции | 4 | 6 | ОПК-4.1, ОПК-4.2, ОПК-4.3 | Л1.1, Л1.2 |
| 2.2. | Постановка задачи кондуктивного теплообмена. Уравнение теплопроводности и краевые условия. Стационарная теплопроводность в плоской, цилиндрической и сферической стенке. Неодномерные стационарные задачи теплопроводности, численные методы. Одномерная нестационарная задача теплопроводности, численные методы. Теплопроводность при наличии внутренних источников теплоты | Практические | 4 | 2 | ОПК-4.1, ОПК-4.2, ОПК-4.3 | Л1.1, Л1.2 |
| 2.3. | Измерение теплопроводности воздуха методом нагретой нити | Лабораторные | 4 | 5 | ОПК-4.1, ОПК-4.2, ОПК-4.3 | Л1.1, Л2.2, Л1.2 |
| 2.4. | Постановка задачи кондуктивного теплообмена. Уравнение теплопроводности и краевые условия. Стационарная теплопроводность в плоской, цилиндрической и сферической стенке. Неодномерные стационарные задачи теплопроводности, численные методы. Одномерная нестационарная задача теплопроводности, численные методы. Теплопроводность при наличии внутренних источников теплоты | Сам. работа | 4 | 22 | ОПК-4.1, ОПК-4.2, ОПК-4.3 | Л1.1, Л2.2, Л1.2 |
| Раздел 3. Раздел 3. Конвективный тепломассообмен | ||||||
| 3.1. | Вынужденная и свободная конвекция. Дифференциальные уравнения теплоотдачи. Постановка задачи конвективного тепломассообмена. Основы теории подобия. Теоремы подобия. Критерии и числа подобия. Критериальная форма решения задачи конвективного переноса при естественном и вынужденном движении среды. Теплообмен поверхности с внешним ламинарным и турбулентным потоком | Лекции | 4 | 6 | ОПК-4.1, ОПК-4.2, ОПК-4.3 | Л1.1, Л2.2, Л1.2 |
| 3.2. | Вынужденная и свободная конвекция. Дифференциальные уравнения теплоотдачи. Постановка задачи конвективного тепломассообмена. Основы теории подобия. Теоремы подобия. Критерии и числа подобия. Критериальная форма решения задачи конвективного переноса при естественном и вынужденном движении среды. Теплообмен поверхности с внешним ламинарным и турбулентным потоком | Практические | 4 | 2 | ОПК-4.1, ОПК-4.2, ОПК-4.3 | Л1.1, Л1.2 |
| 3.3. | Исследование регулярного режима нагрева твердых тел | Лабораторные | 4 | 5 | ОПК-4.1, ОПК-4.2, ОПК-4.3 | Л1.1, Л1.2 |
| 3.4. | Вынужденная и свободная конвекция. Дифференциальные уравнения теплоотдачи. Постановка задачи конвективного тепломассообмена. Основы теории подобия. Теоремы подобия. Критерии и числа подобия. Критериальная форма решения задачи конвективного переноса при естественном и вынужденном движении среды. Теплообмен поверхности с внешним ламинарным и турбулентным потоком | Сам. работа | 4 | 22 | ОПК-4.1, ОПК-4.2, ОПК-4.3 | Л1.1, Л2.2, Л1.2 |
| Раздел 4. Раздел 4. Радиационный теплообмен | ||||||
| 4.1. | Основные понятия и определения теории радиационного теплообмена. Основные законы излучения АЧТ. Излучение серых и реальных тел. Классификация видов излучения. Угловые коэффициенты излучения и их свойства. Радиационный теплообмен в замкнутой системе серых тел с диатермической средой. Метод расчета радиационного теплообмена. Потери теплоты излучением через окна. Радиационный теплообмен при наличии экранов. Радиационный теплообмен в мутной среде. Закон Бугера-Бэра. Радиационные характеристики газовых и твердых частиц. Парниковый эффект | Лекции | 4 | 6 | ОПК-4.1, ОПК-4.2, ОПК-4.3 | Л1.1, Л1.2 |
| 4.2. | Основные понятия и определения теории радиационного теплообмена. Основные законы излучения АЧТ. Излучение серых и реальных тел. Классификация видов излучения. Угловые коэффициенты излучения и их свойства. Радиационный теплообмен в замкнутой системе серых тел с диатермической средой. Метод расчета радиационного теплообмена. Потери теплоты излучением через окна. Радиационный теплообмен при наличии экранов. Радиационный теплообмен в мутной среде. Закон Бугера-Бэра. Радиационные характеристики газовых и твердых частиц. Парниковый эффект | Практические | 4 | 2 | ОПК-4.1, ОПК-4.2, ОПК-4.3 | Л1.1, Л1.2 |
| 4.3. | Исследование местной теплоотдачи при свободном движении воздуха около вертикальной пластины | Лабораторные | 4 | 6 | ОПК-4.1, ОПК-4.2, ОПК-4.3 | Л1.1, Л1.2 |
| 4.4. | Основные понятия и определения теории радиационного теплообмена. Основные законы излучения АЧТ. Излучение серых и реальных тел. Классификация видов излучения. Угловые коэффициенты излучения и их свойства. Радиационный теплообмен в замкнутой системе серых тел с диатермической средой. Метод расчета радиационного теплообмена. Потери теплоты излучением через окна. Радиационный теплообмен при наличии экранов. Радиационный теплообмен в мутной среде. Закон Бугера-Бэра. Радиационные характеристики газовых и твердых частиц. Парниковый эффект | Сам. работа | 4 | 22 | ОПК-4.1, ОПК-4.2, ОПК-4.3 | Л1.1, Л2.2, Л1.2 |
| Раздел 5. Раздел 5. Теплообменные аппараты | ||||||
| 5.1. | Общие положения. Виды теплообменных аппаратов. Рекуперативные аппараты. Регенеративные и смесительные теплообменные аппараты. Особенности теплового расчета при больших перепадах температур теплоносителей | Лекции | 4 | 6 | ОПК-4.1, ОПК-4.2, ОПК-4.3 | Л1.1, Л2.2, Л1.2 |
| 5.2. | Общие положения. Виды теплообменных аппаратов. Рекуперативные аппараты. Регенеративные и смесительные теплообменные аппараты. Особенности теплового расчета при больших перепадах температур теплоносителей | Практические | 4 | 3 | ОПК-4.1, ОПК-4.2, ОПК-4.3 | Л1.1, Л2.2, Л1.2 |
| 5.3. | Измерение температур оптическими методами | Лабораторные | 4 | 6 | ОПК-4.1, ОПК-4.2, ОПК-4.3 | Л1.1, Л1.2 |
| 5.4. | Общие положения. Виды теплообменных аппаратов. Рекуперативные аппараты. Регенеративные и смесительные теплообменные аппараты. Особенности теплового расчета при больших перепадах температур теплоносителей | Сам. работа | 4 | 22 | ОПК-4.1, ОПК-4.2, ОПК-4.3 | Л1.1, Л2.2, Л1.2 |
| Раздел 6. Раздел 6. Теплообмен при наличии фазовых превращений | ||||||
| 6.1. | Теплообмен при фазовых превращениях на поверхности одиночной частицы. Теплообмен при кипении жидкости. Режимы кипения. Теплоотдача при пузырьковом кипении. Теплоотдача при пленочном режиме кипения. Переходный режим кипения. Теплоотдача при конденсации пара. Пленочная и капельная конденсация. Постановка задачи теплообмена при пленочной конденсации. Решение задачи теплообмена при конденсации пара при ламинарном и турбулентном режиме движения пленки. Конденсация на свободной поверхности жидкости. Конденсация при распылении жидкости. Теплообмен при плавлении (затвердевании) тел (задача Стефана). | Лекции | 4 | 6 | ОПК-4.1, ОПК-4.2, ОПК-4.3 | Л1.1, Л2.2, Л1.2 |
| 6.2. | Теплообмен при фазовых превращениях на поверхности одиночной частицы. Теплообмен при кипении жидкости. Режимы кипения. Теплоотдача при пузырьковом кипении. Теплоотдача при пленочном режиме кипения. Переходный режим кипения. Теплоотдача при конденсации пара. Пленочная и капельная конденсация. Постановка задачи теплообмена при пленочной конденсации. Решение задачи теплообмена при конденсации пара при ламинарном и турбулентном режиме движения пленки. Конденсация на свободной поверхности жидкости. Конденсация при распылении жидкости. Теплообмен при плавлении (затвердевании) тел (задача Стефана). | Практические | 4 | 3 | ОПК-4.1, ОПК-4.2, ОПК-4.3 | Л1.1, Л1.2 |
| 6.3. | Определение углового коэффициента излучения методом светового моделирования | Лабораторные | 4 | 5 | ОПК-4.1, ОПК-4.2, ОПК-4.3 | Л1.1, Л1.2 |
| 6.4. | Теплообмен при фазовых превращениях на поверхности одиночной частицы. Теплообмен при кипении жидкости. Режимы кипения. Теплоотдача при пузырьковом кипении. Теплоотдача при пленочном режиме кипения. Переходный режим кипения. Теплоотдача при конденсации пара. Пленочная и капельная конденсация. Постановка задачи теплообмена при пленочной конденсации. Решение задачи теплообмена при конденсации пара при ламинарном и турбулентном режиме движения пленки. Конденсация на свободной поверхности жидкости. Конденсация при распылении жидкости. Теплообмен при плавлении (затвердевании) тел (задача Стефана). | Сам. работа | 4 | 24 | ОПК-4.1, ОПК-4.2, ОПК-4.3 | Л1.1, Л2.2, Л1.2 |
5. Фонд оценочных средств
| 5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
| Оценочные материалы для текущего контроля по разделам и темам дисциплины в полном объеме размещены в онлайн-курсе на образовательном портале «Цифровой университет АлтГУ» – https://portal.edu.asu.ru/course/view.php?id=4120 ОЦЕНКА СФОРМИРОВАННОСТИ КОМПЕТЕНЦИИ ОПК-4 Способен обеспечивать проведение технологического процесса, использовать технические средства для контроля параметров технологического процесса, свойств сырья и готовой продукции, осуществлять изменение параметров технологического процесса при изменении свойств сырья ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ ЗАКРЫТОГО ТИПА Вопрос 1. Плотность теплового потока прямо пропорциональна градиенту температур. Это: а. Закон Ньютона-Рихмана. б. Закон Фурье. в. Закон Бернулли. ОТВЕТ: б Вопрос 2. Единицы измерения коэффициента теплопроводности: а. Вт/(м·К). б. Вт/(м2·К). в. Вт/м2. ОТВЕТ: а Вопрос 3. Передача теплоты между поверхностью твёрдого тела и потоком жидкости. Это: а. Теплопередача. б. Теплопроводность. в. Теплоотдача. ОТВЕТ: в Вопрос 4. Передача теплоты между потоками жидкости, разделёнными твёрдой стенкой. Это: а. Теплопередача. б. Теплопроводность. в. Теплоотдача. ОТВЕТ: а Вопрос 5. Размерность коэффициента теплоотдачи: а. Вт/(м·К). б. Вт/(м2·К). в. Вт/м2. ОТВЕТ: б Вопрос 6. Способность жидкости оказывать сопротивление деформации сдвига характеризуется: а. Плотностью. б. Теплопроводностью. в. Вязкостью. ОТВЕТ:в Вопрос 7. Передача теплоты, связанная с перемещением макрочастиц жидкости это: а. Теплопроводность. б. Конвекция. в. Излучение. ОТВЕТ: б Вопрос 8. Количество теплоты, проходящее в единицу времени, через единицу площади изотермической поверхности. Это: а. Количество теплоты. б. Тепловой поток. в. Плотность теплового потока. ОТВЕТ: в Вопрос 9. Вычислить плотность теплового потока через плоскую однородную стенку, толщина которой значительно меньше толщины и высоты, если стенка выполнена из стали (λ=40 Вт/(м·К)). Толщина стенки 50 мм. Температуры на поверхностях стенки поддерживаются постоянными и равными 100°С и 90°С. а. 8000 Вт/м2. б. 220 Вт/м2. в. 22 Вт/м2. ОТВЕТ: а Вопрос 10. Вычислить плотность теплового потока через плоскую однородную стенку, толщина которой значительно меньше толщины и высоты, если стенка выполнена из бетона (λ =1,1 Вт/(м·К)). Толщина стенки 50 мм. Температуры на поверхностях стенки поддерживаются постоянными и равными 100°С и 90°С. а. 8000 Вт/м2. б. 220 Вт/м2. в. 22 Вт/м2. ОТВЕТ: б Вопрос 11. Вычислить плотность теплового потока через плоскую однородную стенку, толщина которой значительно меньше толщины и высоты, если стенка выполнена из диатомитового кирпича (λ =0,11 Вт/(м·К)). Толщина стенки 50 мм. Температуры на поверхностях стенки поддерживаются постоянными и равными 100 ° С и 90 ° С. а. 8000 Вт/м2. б. 220 Вт/м2. в. 22 Вт/м2. ОТВЕТ: в Вопрос 12. Плотность теплового потока через плоскую стенку толщиной 50 мм составляет q=70 Вт/м2. Определить разность температур на поверхностях стенки и градиент температуры в стенке, если она выполнена из латуни (λ =70 Вт/(м·К)). а. Δt=0,05К, grad(t) =1К/м. б. Δt=5К, grad(t)=100К/м. в. Δt=50К, grad(t)=1000К/м. ОТВЕТ: а Вопрос 13. Плотность теплового потока через плоскую стенку толщиной 50 мм составляет q=70 Вт/м2. Определить разность температур на поверхностях стенки и градиент температуры в стенке, если она выполнена из красного кирпича (λ=0,7 Вт/(м·К)). а. Δt=0,05К, grad(t) =1К/м. б. Δt=5К, grad(t)=100К/м. в. Δt=50К, grad(t)=1000К/м. ОТВЕТ: б Вопрос 14. Плотность теплового потока через плоскую стенку толщиной 50 мм составляет q=70 Вт/м2. Определить разность температур на поверхностях стенки и градиент температуры в стенке, если она выполнена из пробки (λ=0,07 Вт/(м·К)). а. Δt=0,05К, grad(t) =1К/м. б. Δt=5К, grad(t)=100К/м. в. Δt=50К, grad(t)=1000К/м. ОТВЕТ: в Вопрос 15. Определить коэффициент теплопроводности материала стенки, если при толщине 40 мм и разности температур на поверхностях 20К плотность теплового потока q=145 Вт/м2. а. 0,29 Вт/(м·К). б. 0,58 Вт/(м·К). в. 1,24 Вт/(м·К). ОТВЕТ: а КРИТЕРИИ ОЦЕНИВАНИЯ: Каждое задание оценивается 1 баллом. Оценивание КИМ теоретического характера в целом: • «зачтено» – верно выполнено более 50% заданий; «не зачтено» – верно выполнено 50% и менее 50% заданий; • «отлично» – верно выполнено 85-100% заданий; «хорошо» – верно выполнено 70-84% заданий; «удовлетворительно» – верно выполнено 51-69% заданий; «неудовлетворительно» – верно выполнено 50% или менее 50% заданий. ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ ОТКРЫТОГО ТИПА 1. Аналогичные явления Ответ: явления, математическое описание которых одинаково по форме, но различно по содержанию. 2. Временные условия Ответ: часть условий однозначности, характеризуют распределение температур в изучаемом теле в начальный момент времени. 3. Вторая теорема подобия Ответ: зависимость между переменными, характеризующими какой-либо процесс, может быть представлена в виде зависимости между числами подобия. Такая зависимость называется уравнением подобия. 4. Вынужденная конвекция Ответ: движение жидкости возникает за счет действия внешних поверхностных сил. 5. Геометрические условия Ответ: часть условий однозначности, характеризуют форму и размеру тела, в котором протекает процесс. 6. Градиент температуры Ответ: вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры и численно равный производной от температуры по этому направлению. 7. Граничные условия Ответ: часть условий однозначности, характеризуют взаимодействие рассматриваемого тела с окружающей средой. Задаются одним из четырёх способов. 8. Граничные условия второго рода Ответ: задаётся значение плотности теплового потока на поверхности тела для всего интервала времени. 9. Граничные условия первого рода Ответ: задаётся распределение температур на поверхности тела для всего интервала времени. 10. Граничные условия третьего рода Ответ: задаются температура окружающей (текучей) среды и закон теплообмена между поверхность тела и окружающей средой. 11. Граничные условия четвёртого рода Ответ: характеризуют условия теплообмена системы тел или тела с окружающей средой по закону теплопроводности. Предполагается, что между телами существует идеальный тепловой контакт. 12. Закон Ньютона-Рихмана Ответ: q=α(tC-tЖ) - количество теплоты, отдаваемое единицей поверхности тела в единицу времени, прямо пропорционально разности температур поверхности тела и окружающей среды. 13. Закон Фурье Ответ: плотность теплового потока прямо пропорциональна градиенту температур. 14. Изотермическая поверхность Ответ: геометрическое место точек в температурном поле, имеющих одинаковую температуру. 15. Конвективная теплоотдача Ответ: процесс теплообмена между поверхностью твёрдого тела и потоком жидкости или газа. 16. Конвекция Ответ: возможна только в текучей среде. Под конвекцией теплоты понимают процесс её переноса при перемещении макрообъёмов жидкости или газа (текучей среды) в пространстве из области с одной температурой, в область с другой. 17. Коэффициент температуропроводности Ответ: физический параметр вещества, характеризующий скорость изменения температуры в теле. Существенен для нестационарных процессов. 18. Коэффициент теплоотдачи Ответ: характеризует интенсивность теплообмена между поверхность тела и окружающей средой. 19. Критерии подобия Ответ: числа подобия, составленные только из величин, входящих в условия однозначности. 20. Критический диаметр цилиндрической изоляции Ответ: значение внешнего диаметра трубы, соответствующее минимальному полному термическому сопротивлению теплопередачи. Тепловые потери при этом максимальны. КРИТЕРИИ ОЦЕНИВАНИЯ ОТКРЫТЫХ ВОПРОСОВ. «Отлично» (зачтено): Ответ дан на русском языке. Ответ полный, развернутый. Вопрос точно и исчерпывающе передан, терминология сохранена, студент превосходно владеет основной и дополнительной литературой, ошибок нет. «Хорошо» (зачтено): Ответ дан на русском языке. Ответ полный, хотя краток, терминологически правильный, нет существенных недочетов. Студент хорошо владеет пройденным программным материалом; владеет основной литературой, суждения правильны. «Удовлетворительно» (зачтено): Ответ дан на русском языке. Ответ неполный. В терминологии имеются недостатки. Студент владеет программным материалом, но имеются недочеты. Суждения фрагментарны. «Неудовлетворительно» (не зачтено): Ответ дан не на русском языке. Не использована специальная терминология. Ответ в сущности неверен. Переданы лишь отдельные фрагменты соответствующего материала вопроса. Ответ не соответствует вопросу или вовсе не дан. |
| 5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
| не предусмотрены |
| 5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
| Промежуточная аттестация заключается в проведении в конце семестра зачета (для обучающихся, не получивших зачет по результатам текущей успеваемости) по всему изученному курсу. Зачет проводится в устной форме по билетам. В билет входит 3 вопроса: 2 вопроса теоретического характера и 1 вопрос практико-ориентированного характера. ВОПРОСЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ХАРАКТЕРА 1. Температурное поле. Тепловой поток. Механизмы переноса теплоты. 2. Закон Фурье. Перенос теплоты в сплошной и дисперсной средах. 3. Дифференциальные уравнения энергии. Постановка задачи расчета поля температур. 4. Постановка задачи кондуктивного теплообмена. Уравнение теплопроводности и краевые условия. 5. Стационарная теплопроводность в плоской, цилиндрической и сферической стенке. 6. Неодномерные стационарные задачи теплопроводности, численные методы. Одномерная нестационарная задача теплопроводности, численные методы. 7. Теплопроводность при наличии внутренних источников теплоты. 8. Вынужденная и свободная конвекция. Дифференциальные уравнения теплоотдачи. 9. Постановка задачи конвективного тепломассообмена. 10. Основы теории подобия. Теоремы подобия.Критерии и числа подобия. 11. Критериальная форма решения задачи конвективного переноса при естественном и вынужденном движении среды. 12. Теплообмен поверхности с внешним ламинарным и турбулентным потоком. 13. Основные понятия и определения теории радиационного теплообмена. Основные законы излучения АЧТ. 14. Излучение серых и реальных тел. Классификация видов излучения. 15. Угловые коэффициенты излучения и их свойства. Радиационный теплообмен в замкнутой системе серых тел с диатермической средой. 16. Метод расчета радиационного теплообмена. Потери теплоты излучением через окна. 17. Радиационный теплообмен при наличии экранов. Радиационный теплообмен в мутной среде. 18. Закон Бугера-Бэра. Радиационные характеристики газовых и твердых частиц. Парниковый эффект. 19. Общие положения. Виды теплообменных аппаратов. 20. Рекуперативные аппараты. Регенеративные и смесительные теплообменные аппараты. 21. Особенности теплового расчета при больших перепадах температур теплоносителей. 22. Теплообмен при фазовых превращениях на поверхности одиночной частицы. Теплообмен при кипении жидкости. 23. Режимы кипения. Теплоотдача при пузырьковом кипении. Теплоотдача при пленочном режиме кипения. 24. Переходный режим кипения. Теплоотдача при конденсации пара. 25. Пленочная и капельная конденсация. Постановка задачи теплообмена при пленочной конденсации. 26. Конденсация на свободной поверхности жидкости. 27. Конденсация при распылении жидкости. Теплообмен при плавлении (затвердевании) тел (задача Стефана). ВОПРОСЫ ПРАКТИКО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ХАРАКТЕРА 1. Вычислить плотность теплового потока через плоскую однородную стенку, толщина которой значительно меньше толщины и высоты, если стенка выполнена: а) из стали (λ=40 Вт/(м·К)); б) из бетона (λ=1,1 Вт/(м·К)); в) из диатомитового кирпича (λ=0,11 Вт/(м·К)).Во всех случаях толщина стенки δ=50мм. Температуры на поверхностях стенки поддерживаются постоянными и равными 100°С и 90°С. 2. Плотность теплового потока через плоскую стенку толщиной δ=50мм составляет q=70 Вт/м2. Определить разность температур на поверхностях стенки и градиент температуры в стенке, если она выполнена: а) из латуни (λ=70 Вт/(м·К)), б) из красного кирпича (λ=0,7 Вт/(м·К)), в) из пробки (λ=0,07 Вт/(м·К)). 3. Определить коэффициент теплопроводности материала стенки, если при толщине δ=40мм и разности температур на поверхностях 20К плотность теплового потока q=145 Вт/м2. 4. Плотность теплового потока через плоскую стенку составляет q=1000 Вт/м2. Одна поверхность стенки имеет температуру tC1=100°С. Коэффициент теплопроводности стенки равен λ=28 Вт/(м·К), а толщина δ=25 см. Найти температуру второй поверхности стенки tс2. 5. Плоскую поверхность необходимо изолировать так, чтобы потеря тепла с единицы поверхности в единицу времени не превышала 450 Вт/м2. Температуры поверхности под изоляцией 450°С и внешней поверхности изоляции 50°С. Определить толщину изоляции для двух случаев: а) изоляция выполнена из совелита (λ=0,09+0,0000872·t Вт/(м·К)), б) изоляция выполнена из асботермита (λ=0,109+0,00146·t Вт/(м·К)). 6. Цилиндр диаметром 20 см и длиной 50 см теплоизолирован по боковой поверхности. Температура одного торца цилиндра 300°С, а температура в поперечном сечении на расстоянии 25 см от этого торца 100°С. Коэффициент теплопроводности 2 Вт/(м·К). Найти тепловой поток вдоль оси цилиндра и температуру второго торца цилиндра. 7. Плоская стенка бака площадью 5 м2 покрыта двухслойной тепловой изоляцией. Стенка бака стальная толщиной δ1=8 мм с коэффициентом теплопроводности λ1=46,5 Вт/(м·К). Первый слой изоляции выполнен из новоасбозурита толщиной δ2=50 мм, коэффициент теплопроводности которого определяется уравнением λ2=0,144+0,0014·t Вт/(м·К). Второй слой изоляции толщиной δ3=10 мм представляет собой известковую штукатурку, коэффициент теплопроводности которой λ3=0,698 Вт/(м·К). Температура внутренней поверхности бака 250°С и внешней поверхности изоляции 50°С. Вычислить количество тепла передаваемого через стенку в единицу времени и температуры на границах слоев изоляции. 8. Стенка неэкранированной топочной камеры парового котла выполнена из слоя пеношамота толщиной 125 мм и слоя красного кирпича толщиной 500 мм. Слой плотно прилегают друг к другу. Температура на внутренней поверхности топочной камеры 1100°С и на наружной поверхности 50°С. Коэффициент теплопроводности пеношамота λ1=0,28+0,00023·t Вт/(м·К), а красного кирпича λ2=0,7 Вт/(м·К). Вычислить тепловые потери через 1м2 стенки топочной камеры и температуру в плоскости соприкосновения слоев. 9. Вычислить тепловой поток через 1м2 чистой поверхности нагрева парового котла и температуры на поверхностях стенки, если даны следующие величины: температура дымовых газов tж1=1000°С, кипящей воды tж2=200°С, коэффициент теплоотдачи от газов к стенке α1=100 Вт/(м2·К) и от стенки к кипящей воде α2=5000 Вт/(м2·К). Коэффициент теплопроводности материала стенки λ=50 Вт/(м·К), а толщина δ=12 мм. 10. Стенка большой печи толщиной 1.5 см изготовлена из чугуна (λ=52 Вт/(м·К)). Температура горячего воздуха 1100°С, коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности стенки α1=250 Вт/(м2·К). Наружная поверхность печи охлаждается воздухом (α2=20 Вт/(м2·К)) с температурой 30°С. Найти толщину изоляции (λ ИЗ=0,5 Вт/(м·К)), которую нужно нанести на стенку печи, чтобы снизить тепловые потери вдвое. Предположить, что изоляция не повлияет на коэффициент теплоотдачи. Рассчитать температуры обеих поверхностей изоляции. 11. Вычислить плотность теплового потока q, Вт/м2, в пластинчатом воздухоподогревателе и значения температур на поверхностях листов, если известно, что средняя температура газов tж1=315°С и средняя температура воздуха tж2=135°С, соответственно коэффициенты теплоотдачи α1=23 Вт/(м2·К), и α2=30 Вт/(м2·К). Толщина листов подогревателя δ=2 мм. Коэффициент теплопроводности материала листов λ=50 Вт/(м·К). 12. Определить тепловой поток через 1 м2 кирпичной стены помещения толщиной в два кирпича (δ=510 мм) с коэффициентом теплопроводности λ=0,8 Вт/(м·К). Температура воздуха внутри помещения tж1=18°С; коэффициент теплоотдачи к внутренней поверхности стенки α1=7,5 Вт/(м2·К); температура наружного воздуха tж2=-30°С; коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стены, обдуваемой ветром, α2=20 Вт/(м2·К). Вычислить также температуры на поверхностях стены tC1 и tC2. 13. Определить тепловой поток через 1 м2 кирпичной стены помещения толщиной в два кирпича (δ=510 мм) с коэффициентом теплопроводности λ=0,8 Вт/(м·К), покрытой снаружи слоем тепловой изоляции толщиной 50 мм с коэффициентом теплопроводности λ=0,08 Вт/(м·К). Температура воздуха внутри помещения tж1=18°С; коэффициент теплоотдачи к внутренней поверхности стенки α2=7,5 Вт/(м2·К); температура наружного воздуха tж2=-30°С; коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стены, обдуваемой ветром, α2=20 Вт/(м2·К). Вычислить также температуры на поверхностях стены tс1 и tс3. Определить, насколько возрастут потери, если убрать слой изоляции. 14. Вычислить потери теплоты через единицу поверхности кирпичной обмуровки парового котла в зоне размещения водяного экономайзера и температуры на поверхностях стенки, если толщина стенки δ=250 мм, температура газов tж1=700°С и воздуха в котельной tж2=30°С. Коэффициент теплоотдачи от газов к поверхности стенки α1=23 Вт/(м2·К) и от стенки к воздуху α2=12 Вт/(м2·К). Коэффициент теплопроводности стенки λ=0,7 Вт/(м·К). 15. Стена туннельной печи в зоне обжига глиняного кирпича состоит из трех слоев: шамотный кирпич (λ1=1,1 Вт/(м·К), δ1=230 мм), изоляционный кирпич (λ2=0,28 Вт/(м·К), δ2=230 мм) и красный кирпич (λ3=0.56 Вт/(м·К), δ3=250 мм). Температура газов внутри печи 1000°С, температура наружной среды 30°С. Коэффициенты теплоотдачи α1=14 Вт/(м2·К) и α2=8 Вт/(м2·К). Определить потерю тепла через 1 м2 стены и температуры на поверхностях соприкосновения слоев. КРИТЕРИИ ОЦЕНИВАНИЯ: «Отлично» (зачтено): студент сумел прочитать и понять вопрос, ответ дан на русском языке, студентом дан полный, в логической последовательности развернутый ответ на поставленные вопросы, где он продемонстрировал знания предмета в полном объеме учебной программы, достаточно глубоко осмысливает дисциплину, самостоятельно, и исчерпывающе отвечает на дополнительные вопросы, приводит собственные примеры по проблематике поставленного вопроса, решил предложенные практические задания без ошибок. «Хорошо» (зачтено): студент сумел прочитать и понять вопрос, ответ дан на русском языке, студентом дан развернутый ответ на поставленный вопрос, где студент демонстрирует знания, приобретенные на лекционных и семинарских занятиях, а также полученные посредством изучения обязательных учебных материалов по курсу, дает аргументированные ответы, приводит примеры, в ответе присутствует свободное владение монологической речью, логичность и последовательность ответа. Однако допускаются неточности в ответе. Решил предложенные практические задания с небольшими неточностями. «Удовлетворительно» (зачтено): студент сумел прочитать и понять вопрос, ответ дан на русском языке, студентом дан ответ, свидетельствующий в основном о знании процессов изучаемой дисциплины, отличающийся недостаточной глубиной и полнотой раскрытия темы, знанием основных вопросов теории, слабо сформированными навыками анализа явлений, процессов, недостаточным умением давать аргументированные ответы и приводить примеры, недостаточно свободным владением монологической речью, логичностью и последовательностью ответа. Допускается несколько ошибок в содержании ответа и решении практических заданий. «Неудовлетворительно» (не зачтено): студент не сумел прочитать и/или понять вопрос, либо ответ дан не на русском языке, либо студентом дан ответ, который содержит ряд серьезных неточностей, обнаруживающий незнание процессов изучаемой предметной области, отличающийся неглубоким раскрытием темы, незнанием основных вопросов теории, неумением давать аргументированные ответы. Выводы поверхностны. Решение практических заданий не выполнено. Студент не способен ответить на вопросы даже при дополнительных наводящих вопросах преподавателя. |
| Приложения |
|
Приложение 1.
ФОС Теплофизика 2020.doc
|
6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
| 6.1. Рекомендуемая литература | ||||
| 6.1.1. Основная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л1.1 | Шатров М.Г., Иванов И.Е., Пришвин С.А., и др. | Теплотехника: | М. : Издательский центр «Академия», 2011 | |
| Л1.2 | Арутюнов В.А., Крупенников С.А., Сборщиков Г.С. | Теплофизика и теплотехника: Теплофизика [Электронный ресурс]: учебное пособие | М. : МИСиС, 2010 | www.studentlibrary.ru |
| 6.1.2. Дополнительная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л2.1 | Р. М. Утемесов, Д. И. Попов ; АлтГУ, Физ.-техн. фак., Каф. общей и эксперим. физики | Теплофизика (Ч. 1: Сборник задач): учеб. пособие | Изд-во АлтГУ, 2013 | elibrary.asu.ru |
| Л2.2 | Кирсанов Ю. А | Циклические тепловые процессы и теория теплопроводности в регенеративных воздухоподогревателях: учеб.пособие | М. : ФИЗМАТЛИТ, 2007 | e.lanbook.com |
| 6.1.3. Дополнительные источники | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л3.1 | Р. М. Утемесов, Д. И. Попов ; АлтГУ, Физ.-техн. фак., Каф. общей и эксперим. физики | Теплофизика (Ч. 2: Лабораторный практикум): учеб. пособие: [в 2 ч.] | Изд-во АлтГУ, 2013 | elibrary.asu.ru |
| 6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
| Название | Эл. адрес | |||
| Э1 | Интернет-портал "Университетская библиотека онлайн" | biblioclub.ru | ||
| Э2 | ЭБС "Лань | e.lanbook.com | ||
| Э3 | ЭБС "Юрайт" | www.biblio-online.ru | ||
| Э4 | Теплофизика, автор Утемесов Р.М. | portal.edu.asu.ru | ||
| 6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
| MS Windows XP и выше. MS Office ХР и выше. Adobe Acrobat Reader. 7-ZipMicrosoft Office 2010 (Office 2010 Professional, № 4065231 от 08.12.2010), (бессрочно); Microsoft Windows 7 (Windows 7 Professional, № 61834699 от 22.04.2013), (бессрочно); Chrome (http://www.chromium.org/chromium-os/licenses), (бессрочно); 7-Zip (http://www.7-zip.org/license.txt), (бессрочно); AcrobatReader (http://wwwimages.adobe.com/content/dam/Adobe/en/legal/servicetou/Acrobat_com_Additional_TOU-en_US-20140618_1200.pdf), (бессрочно); ASTRA LINUX SPECIAL EDITION (https://astralinux.ru/products/astra-linux-special-edition/), (бессрочно); LibreOffice (https://ru.libreoffice.org/), (бессрочно); Веб-браузер Chromium (https://www.chromium.org/Home/), (бессрочно); Антивирус Касперский (https://www.kaspersky.ru/), (до 23 июня 2024); Архиватор Ark (https://apps.kde.org/ark/), (бессрочно); Okular (https://okular.kde.org/ru/download/), (бессрочно); Редактор изображений Gimp (https://www.gimp.org/), (бессрочно) | ||||
| 6.4. Перечень информационных справочных систем | ||||
| https://portal.edu.asu.ru/course/view.php?id=4120 - on-line курс в LMS Moodle АлтГУ https://nlr.ru/ - Российская национальная библиотека http://franco.crimealib.ru/chitatelyu/nashi-izdanija/rubrikon-krupneyshiy-yenciklopediches.html - Рубикон. Крупнейший энциклопедический ресурс Интернета https://www.cnb.dvo.ru/ – Центральная научная библиотека ДВО РАН https://www.gpntb.ru/ Государственная публичная научно-техническая библиотека России (ГПНТБ России) http://uwh.lib.msu.su/ - Научная библиотека МГУ им. М.В. Ломоносова https://elibrary.ru/defaultx.asp?/ Научная электронная библиотека eLIBRARY.RU https://portal.edu.asu.ru/course/view.php?id=4120 / Образовательный портал АлтГУ | ||||
7. Материально-техническое обеспечение дисциплины
| Аудитория | Назначение | Оборудование |
|---|---|---|
| Помещение для самостоятельной работы | помещение для самостоятельной работы обучающихся | Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ |
| 207К | лаборатория тепломассообмена - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации | Учебная мебель на 12 посадочных мест; рабочее место преподавателя; вольтметр 01202-50 (2 шт.); измеритель ИТЛ-400 (2 шт.); компьютер НЭТА /LCD 19" Samsung 943B (2,93Ghz/2*1024Mb/500Gb/DVD-RW/KM); лазер LНА-188 (2 шт.); ноутбук Acer TM424WXMi Cel-M(380) 1,6GHz/14,1" WXGA/512Mb/60Gb/DVD-RW/LAN/Wlan b; осциллограф С1-83; персональный компьютер с LCD монитором 19"; принтер HP LJ P1005; скамья оптическая; сканер HP SJ 8200; барометр М67; бинокль; весы торсион.; весы торсионные; вискозиметр; вольтметр В7-21 (2 шт.); головка магнитоэлектрическая М1634 (2 шт.); динамометр ДОС 03; лампа настольная тр383; латр; микроманометр ЛТА-4; набор цветных стекл (3 шт.); осциллограф С1-79; осциллограф С9-1; осциллограф Сi-101; печь муфельная; пирометр "Проминь"; прецизионный газовый счетчик №10 (2 шт.); скамья оптическая (6 шт.); стабилизатор 3222 (2 шт.); фотоаппарат "Зенит" (7 шт.); фотоаппарат "Киев"; фотообъектив "Мир 26Б"; фотообъектив "Юпитер 36Б" (4 шт.); эл/точило (нождак) (2 шт.); учебные наглядные пособия: "ТЕПЛОФИЗИКА ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ", "ТЕПЛОФИЗИКА СБОРНИК ЗАДАЧ", "ГИДРОГАЗОДИНАМИКА ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ". |
| Учебная аудитория | для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик | Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска, мультимедийное оборудование стационарное или переносное) |
8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины
| Основной целью при изучении дисциплины является стремление показать области применения и формирование у будущих специалистов теоретических знаний и практических навыков по использованию законов теплофизики для широкого спектра задач в различных областях. Для эффективного изучения теоретической части дисциплины «Теплофизика» необходимо: - построить работу по освоению дисциплины в порядке, отвечающим изучению основных этапов, согласно приведенным темам лекционного материала; - систематически проверять свои знания по контрольным вопросам и заданиям; - усвоить содержание ключевых понятий; - плотно работать с основной и дополнительной литературой по соответствующим темам. Для эффективного изучения практической части дисциплины «Теплофизика» рекомендуется: - систематически выполнять подготовку к практическим занятиям и лабораторным работам по предложенным преподавателем тема и методическим указаниям ; - своевременно выполнять практические задания, лабораторные работы. - своевременно и систематически защищать результаты своих экспериментальных исследований. В течение семестра студенты выполняют: - домашние задания (Case-study - анализ конкретных ситуаций, ситуационный анализ), выполнение которых контролируется и обсуждается (групповое обсуждение)на практических занятиях или перед выполнением лабораторных работ (сократический диалог - подразумевающий постановку особых вопросов в процессе беседы, которые способствуют работе мышления, концентрации внимания, адекватной оценке текущей дискуссии и своей в ней роли); - промежуточные задания, во время практических или лабораторных работ (в форме дискуссий, дебатов)для выявления знаний по основным элементам новых разделов теории или методике проведения экспериментальных заданий; - построение "дерева решений" для проведения наиболее эфффективного анализа методики эксперимента, непосредственного выполнения экспериментальных исследований в ходе лабораторных работ; - обсуждают задания практических и лабораторных работ методом "Займи позицию", помогающем выяснить, какой спектр мнений может существовать по обсуждаемому вопросу и предоставляет возможность высказаться каждому, продемонстрировать различные мнения, а затем обосновать свою позицию, найти и выразить самые убедительные аргументы, сравнить их с аргументами других. |