Теоретичні основи теплотехніки 2

Мета вивчення дисципліни:
Сформувати системне уявлення про фундаментальні закони термодинаміки, властивості робочих тіл та механізми перебігу теплотехнічних процесів, що лежать в основі роботи енергетичного обладнання й теплотехнічних систем. Дисципліна спрямована на формування у здобувачів уміння аналізувати стан та параметри робочих тіл, досліджувати термодинамічні процеси в енергетичних циклах, оцінювати їх ефективність та виконувати інженерні розрахунки, необхідні для проектування, експлуатації й удосконалення теплотехнічних установок.
Практичне значення та застосування отриманих знань:
Опановування дисципліни забезпечує базові компетентності, необхідні для подальшого вивчення теплотехнічних, енергетичних та технологічних дисциплін. Набуті знання дозволяють:
– виконувати розрахунки термодинамічних процесів у парових, газових та холодильних циклах;
– оцінювати енергоефективність роботи теплообмінного обладнання та систем теплопостачання;
– проводити аналіз режимів роботи енергетичних установок, визначати їх втрати та потенціал підвищення ефективності;
– обґрунтовувати оптимальні умови експлуатації та модернізації теплотехнічних систем.
Отримані компетентності мають важливе прикладне значення для професійної діяльності фахівця енергетичної галузі, зокрема у сфері експлуатації, діагностики, технічного обслуговування та удосконалення енергетичних установок і теплотехнічних комплексів.
Тематика та види навчальних занять
Для денної форми здобуття освіти
Лекційні заняття
Лекція 1. Діаграми стану h–s. Аналіз процесів у реальних робочих речовинах.
Лекція 2. Температурно-ентропійна діаграма (T–s). Представлення реальних термодинамічних процесів.
Лекція 3. Діаграма тиск–ентальпія (p–h). Графічний аналіз процесів дроселювання, розширення та стиснення.
Лекція 4. Вологе повітря. Абсолютна й відносна вологість. Насичене повітря. Основні параметри вологого повітря. I–d діаграма.
Лекція 5. Провідність тепла. Закон Фур’є. Тепловий опір і шаруваті стінки.
Лекція 6. Конвекція: вільна і вимушена. Рівняння теплопередачі.
Лекція 7. Теплове випромінювання.
Лекція 8. Комбіновані процеси теплопередачі. Теплообмінні апарати.
Лекція 9. Теплові мережі та системи передачі тепла. Втрати, ізоляція.
Лекція 11. Нестаціонарний теплообмін. Теплопровідність у нестаціонарних режимах.
Лекція 12. Процеси утворення пари. Термодинамічні основи пароутворення. Застосування циклу Карно у паросилових установках.
Лекція 13. Базовий паросиловий цикл Ренкіна. Схема та принцип перетворення енергії в паротурбінних установках.
Лекція 14. Вплив параметрів водяної пари на ефективність роботи паросилових установок.
Лекція 15. Регенеративний підігрів живильної води. Підвищення ефективності циклу Ренкіна.
Лекція 16. Цикли з проміжним перегрівом пари. Методи підвищення термодинамічної ефективності.
Лекція 17. Теплофікаційні цикли та їх термодинамічний аналіз.
Лекція 18. Цикли парогазових установок . Комбіновані цикли та їх переваги.
Лекція 19. Цикли теплових двигунів.
Лекція 20. Цикли газотурбінних та паротурбінних установок. Особливості роботи реактивних двигунів.
Лекція 21. Цикли холодильних машин і теплових насосів.
Лекція 22. Поняття ексергії. Ексергія тепла, речовини, потоку.
Лекція 23. Ексергетичний аналіз енергосистем.

Лабораторні заняття
Лабораторне заняття 1. Побудова та аналіз процесів у h–s діаграмі.
Мета заняття: навчитися будувати термодинамічні процеси в h–s діаграмі та визначати параметри стану робочої речовини під час стиснення, розширення, дроселювання та фазових переходів.
Лабораторне заняття 2. Побудова процесів у температурно-ентропійній діаграмі.
Мета заняття: дослідити особливості представлення ізотермічних, ізобарних, ізохорних, політропних процесів у T–s діаграмі та оцінити зміну ентропії й теплових ефектів.
Лабораторне заняття 3. Робота з p–h діаграмою. Аналіз процесів холодильного циклу та теплового насоса.
Мета заняття: визначити параметри стану, роботу компресора, холодопродуктивність і теплову продуктивність за p–h діаграмою; навчитися будувати реальний цикл.
Лабораторне заняття 4. Аналіз параметрів вологого повітря в I–d діаграмі.
Мета заняття: визначити абсолютну та відносну вологість, ентальпію та температуру точки роси; будувати процеси охолодження, нагрівання, осушення й зволоження повітря.
Лабораторне заняття 5. Дослідження теплопровідності та визначення теплового опору шаруватої стінки.
Мета заняття: експериментально визначити коефіцієнт теплопровідності та тепловий опір багатошарової конструкції.
Лабораторне заняття 6. Дослідження теплових мереж та визначення теплових втрат у трубопроводах.
Мета заняття: визначити питомі теплові втрати у прямих і зворотних трубопроводах теплової мережі; дослідити вплив температури теплоносія, товщини та типу теплоізоляції на втрати тепла; оцінити енергетичну ефективність мережі.
Лабораторне заняття 7. Дослідження нестаціонарного теплообміну в твердих стінках.
Мета заняття: дослідити процес нестаціонарної теплопровідності; визначити динаміку формування температурного поля в різних матеріалах; порівняти похибки між аналітичними залежностями та експериментальними даними.
Лабораторне заняття 8. Дослідження процесів пароутворення та властивостей насиченої й перегрітої пари.
Мета заняття: визначити параметри насиченої, вологої та перегрітої пари; експериментально оцінити теплоти фазового переходу; побудувати графічні залежності на T–s та h–s діаграмах; порівняти результат із теоретичними значеннями.

Практичні заняття
Практичне заняття 1. Розрахунок теплових мереж та визначення втрат тепла в трубопроводах.
Мета заняття: навчитися розраховувати теплові втрати у магістральних теплових мережах; визначати економічну товщину ізоляції та енергетичну ефективність мереж.
Практичне заняття 2. Розв’язання задач з нестаціонарної теплопровідності.
Мета заняття: відпрацювати методи визначення температурних полів у нестаціонарних режимах та оцінювати тривалість нагрівання/охолодження конструкцій.
Практичне заняття 3. Розрахунок процесів утворення пари.
Мета заняття: навчитися розраховувати теплоти пароутворення, параметри насиченої та перегрітої пари, побудувати цикл Карно для парових установок.
Практичне заняття 4. Розрахунок циклу Ренкіна та побудова його на T–s та h–s діаграмах.
Мета заняття: визначити теплову потужність котла, роботу турбіни, ККД циклу Ренкіна та оцінити вплив параметрів пари.
Практичне заняття 5. Оцінка впливу регенеративного підігріву на ККД паросилової установки.
Мета заняття: розрахувати тепловий баланс регенеративних відборів; визначити підвищення ККД та паливної економічності.
Практичне заняття 6. Розрахунок циклів газотурбінних та парогазових установок.
Мета заняття: визначити ККД базового і комбінованого циклу; оцінити вплив рекуперації, проміжного охолодження та регенерації.
Практичне заняття 7. Розрахунок холодильного циклу та теплового насоса. Ексергетичний аналіз.
Мета заняття: навчитися визначати холодопродуктивність, теплову потужність, COP; розраховувати ексергетичні втрати в компресорі, конденсаторі, випарнику та дроселі.

Для заочної форми здобуття освіти
Лекційні заняття
Лекція 1. Термодинамічні процеси та теплообмін у реальних робочих речовинах.
Лекція 2. Паросилові та комбіновані цикли, термодинамічний аналіз.

Лабораторні заняття
Лабораторне заняття 1. Аналіз термодинамічних процесів у робочих речовинах на діаграмах h–s та T–s.
Мета роботи: Навчитися будувати та аналізувати термодинамічні процеси реальних робочих речовин на діаграмах h–s і T–s, визначати параметри стану при стисненні, розширенні, дроселюванні та фазових переходах.
Лабораторне заняття 2. Робота з діаграмою стану робочої речовин p–h та аналіз процесів холодильного циклу і теплового насоса.
Мета заняття: Навчитися визначати параметри стану робочої речовини на діаграмі p–h, розраховувати роботу компресора, холодопродуктивність та теплову продуктивність, а також будувати реальний цикл холодильного апарату або теплового насоса.

Практичні заняття
Практичне заняття 1. Розрахунок циклу паросилової установки та аналіз ефективності.
Мета заняття: Навчитися розраховувати теплову потужність, роботу турбіни, ККД паросилового циклу Ренкіна, оцінювати вплив параметрів перегріву пари та регенеративного підігріву на ефективність установки.

Консультації здійснюються впродовж семестру згідно встановленого розкладу.
Індивідуальна робота
Для денної форми здобуття освіти
Курсова робота
Метою курсової роботи – набуття практичних навичок проведення теплотехнічних розрахунків циклу паросилової установки, закріплення теоретичних знань та формування вмінь застосовувати їх для вирішення інженерних завдань.
Здобувач отримує завдання в третьому семестрі.
Пояснювальна записка містить 45-75 сторінок Кількість розділів – 5.
Змістовна послідовність виконання роботи.
1. Призначення і принципи роботи теплоенергетичних установок.
2. Побудова базового циклу теплоенергетичних установок.
3. Тепловий розрахунок базового циклу теплоенергетичних установок.
4. Пошук оптимальних параметрів роботи для забезпечення максимальної ефективності циклу ПСУ.
5. Вдосконалення циклу паросилової установки за рахунок проміжного перегріву пари.
Захист курсової роботи – протягом останнього навчального тижня семестру.

Для заочної форми здобуття освіти
Курсова робота
Метою курсової роботи – набуття практичних навичок проведення теплотехнічних розрахунків циклу паросилової установки, закріплення теоретичних знань та формування вмінь застосовувати їх для вирішення інженерних завдань.
Здобувач отримує завдання в четвертому семестрі.
Пояснювальна записка містить 45-75 сторінок. Кількість розділів – 5.
Змістовна послідовність виконання роботи.
1. Призначення і принципи роботи теплоенергетичних установок.
2. Побудова базового циклу теплоенергетичних установок.
3. Тепловий розрахунок базового циклу теплоенергетичних установок.
4. Пошук оптимальних параметрів роботи для забезпечення максимальної ефективності циклу ПСУ.
5. Висновки.
Захист курсової роботи – протягом останнього навчального тижня семестру

Форми контрольних заходів та оцінювання результатів навчання

Поточний контроль полягає у виконанні:
Для денної форми здобуття освіти
Поточний контроль
Виконання 8-ми лабораторних робіт. Лабораторні роботи виконуються письмово відповідно до мети та завдань. Бездоганне виконання кожної лабораторної роботи оцінюється у 2 бали.
Виконання 7-ми практичних робіт. Практичні роботи виконуються письмово відповідно до мети та завдань. Бездоганне виконання кожної практичної роботи оцінюється у 2 бали.
Виконання курсової роботи. Бездоганне виконання оцінюється у 60 балів, захист роботи – 40 балів.
Проведення двох модульних контрольних робіт, що складаються з теоретичної та практичної частин, у формі комп’ютерного тестування. Бездоганне виконання кожної модульної контрольної роботи оцінюється у 20 балів.
Підсумковий контроль:
Екзамен (усний). Максимальна оцінка – 100 балів.

Для заочної форми здобуття освіти
Поточний контроль:
Виконання 2-х лабораторних робіт. Лабораторні роботи виконуються письмово відповідно до мети та завдань. Бездоганне виконання кожної лабораторної роботи оцінюється у 25 балів.
Виконання однієї практичної роботи. Практична робота виконується письмово відповідно до мети та завдань. Бездоганне виконання оцінюється у 25 балів.
Виконання курсової роботи. Бездоганне виконання оцінюється у 60 балів, захист роботи – 40 балів.
Проведення контрольної роботи, що складається з теоретичної та практичної частин, у формі комп’ютерного тестування. Бездоганне виконання оцінюється у 25 балів.
Підсумковий контроль:
Екзамен (усний). Максимальна оцінка – 100 балів.