Теоретичні основи теплотехніки 1

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. Вступ до технічної термодинаміки. Основні поняття та визначення.
Лекція 2. Термодинамічні системи та їх класифікація. Параметри та рівняння стану.
Лекція 3. Термодинамічні процеси. Теплове рівняння стану, поверхні та діаграми станів.
Лекція 4. Ідеальні гази та газові суміші. Закони ідеального газу.
Лекція 5. Закони збереження матерії та енергії. Внутрішня енергія, енергетичний баланс.
Лекція 6. Робота та тепло як форми обміну енергією. Механічна робота та теплообмін.
Лекція 7. Теплова взаємодія. Ентропія. Перший закон термодинаміки.
Лекція 8. Теплоємність ідеальних газів. Температурні залежності та процеси.
Лекція 9. Ентропія. Третій закон термодинаміки. Фізичний зміст ентропії.
Лекція 10. Другий закон термодинаміки. Оборотні й необоротні процеси.
Лекція 11. Ідеальний цикл Карно. Межі ефективності теплових машин.
Лекція 12. Зворотний цикл Карно. Абсолютна температура.
Лекція 13. Зміна ентропії у процесах. Ентропійний аналіз систем.
Лекція 14. Реальні гази. Відхилення від ідеальної моделі. Фазові діаграми.
Лекція 15. Рівновага двофазних систем. Закономірності фазових переходів.

Практичні заняття
Практичне заняття 1. Дослідження теплообміну та механічної роботи в термодинамічних процесах.
Мета заняття: визначити теплові та робочі ефекти в різних процесах та оцінити їх вплив на загальний енергетичний баланс.
Практичне заняття 2. Визначення теплоємності газів при сталому тиску та сталому об’ємі
Мета заняття: ознайомитися з методами визначення теплоємності та дослідити її залежність від температури.
Практичне заняття 3. Дослідження циклу Карно та його ефективності.
Мета заняття: навчитися будувати цикл Карно та визначати максимально можливий коефіцієнт корисної дії (ККД) теплової машини.
Практичне заняття 4. Аналіз зворотного циклу Карно.
Мета заняття: отримати практичні навички розрахунку холодильного циклу та коефіцієнта холодильного перетворення.
Практичне заняття 5. Розрахунок зміни ентропії для різних процесів і систем.
Мета заняття: навчитися розраховувати діаграми ентропії та аналізувати вплив необоротностей.
Практичне заняття 6. Дослідження властивостей реальних газів та аналіз фазових діаграм.
Мета заняття: працювати з реальними експериментальними даними, побудувати фазові діаграми та визначити відхилення від ідеальності.
Практичне заняття 7. Вивчення рівноваги двофазних систем і теплових ефектів фазових переходів.
Мета заняття: дослідити процеси кипіння, конденсації та побудувати криву фазової рівноваги. Для заочної форми здобуття освіти
Лекційні заняття
Лекція 1. Основи технічної термодинаміки та ідеальні термодинамічні системи.
Лекція 2. Ентропія, закони термодинаміки та реальні гази .

Практичні заняття
Практичне заняття 1. Дослідження параметрів і властивостей робочого тіла.
Мета заняття: Визначити основні термодинамічні параметри робочого тіла, побудувати термодинамічні діаграми та проаналізувати енергетичні процеси при зміні стану робочого тіла. Консультації здійснюються впродовж семестру згідно встановленого розкладу.
Індивідуальна робота
Для денної форми здобуття освіти
Розрахунково-графічна робота.
Мета розрахунково-графічної роботи - навчитися виконувати термодинамічний аналіз циклу Карно, розраховувати теплову роботу, теплопродуктивність, ККД та коефіцієнт корисної дії для теплових і холодильних машин, а також будувати відповідні T–s і p–v діаграми.
Здобувач отримує завдання в другому в семестрі.
Змістовна послідовність виконання роботи.
1. Характеристика робочого тіла.
2. Побудова циклу Карно.
3. Розрахунок термодинамічних параметрів кожного процесу.
4. Розрахунок загальних характеристик циклу.
5. Побудова таблиці параметрів.
6. Аналіз результатів.
7. Висновки.
Захист розрахунково-графічної роботи – протягом останнього навчального тижня семестру. Для заочної форми здобуття освіти
Розрахунково-графічна робота.
Мета розрахунково-графічної роботи - навчитися виконувати термодинамічний аналіз циклу Карно, розраховувати теплову роботу, теплопродуктивність, ККД та коефіцієнт корисної дії для теплових і холодильних машин, а також будувати відповідні T–s і p–v діаграми.
Здобувач отримує завдання в третьому в семестрі.
Змістовна послідовність виконання роботи.
1. Характеристика робочого тіла.
2. Побудова циклу Карно.
3. Розрахунок термодинамічних параметрів кожного процесу.
4. Розрахунок загальних характеристик циклу.
5. Побудова таблиці параметрів.
6. Аналіз результатів.
7. Висновки. Форми контрольних заходів та оцінювання результатів навчання

Поточний контроль полягає у виконанні:
Для денної форми здобуття освіти
Поточний контроль
Виконання 7-ми практичних робіт. Практичні роботи виконуються письмово відповідно до мети та завдань. Бездоганне виконання кожної практичної роботи оцінюється у 4 бали.
Виконання розрахунково-графічної роботи (РГР) за індивідуальним завданням. Бездоганне виконання оцінюється у 20 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 26 балів.
Підсумковий контроль:
Залік. Максимальна оцінка – 100 балів. Для заочної форми здобуття освіти
Поточний контроль:
Виконання однієї практичної роботи. Практична робота виконується письмово відповідно до мети та завдань. Бездоганне виконання оцінюється у 50 балів.
Виконання розрахунково-графічної роботи (РГР) за індивідуальним завданням. Бездоганне виконання оцінюється у 50 балів.
Підсумковий контроль:
Залік. Максимальна оцінка – 100 балів.