Техническая термодинамика и теплопередача для судовых механиков

Пособие состоит из цикла лекций для обучения по программе специальности любой формы изучения с учетом требований Международной конвенции ИМО «О подготовке и дипломированию моряков» 1978 1995 годов, модуля 11 «Ther modynemic» и модуля 2.0 «Мarine Heat Engins».
Большая часть пособия связана с изложением физической сущности основных понятий и закономерностей теплотехники на примерах из судовой практики, упрощению математического аппарата и освоению методов оценки эффективности теплотехнического оборудования, прежде всего за счет использования различных графоаналитических методов анализа. Такой подход делает пособие пригодным для заочников и слушателей различных курсов повышения квалификации.

Оглавление
Предисловие
Принятые сокращения
Лекция 1. Введение в дисциплину
Дисциплина, ее содержание и место в подготовке судового инженера- механика. - Основной способ получения энергии. - Теплоэнергетический комплекс страны. - Задачи дисциплины. - Организация учебного процесса. - Рекомендованная литература.
Лекция 2. Основные понятия и определения термодинамики
Термодинамическая система, ее виды и состояния. - Параметры состояния. - Функции состояния. - Взаимодействия в системах и их характеристики.
Лекция 3. Термодинамический процесс
Термодинамическая поверхность состояний. - Уравнение состояний. - Идеальный газ. - Реальный газ. - Диаграммы состояния. - Термодинамический процесс. - Работа. - Термодинамический цикл.
Лекция 4. Теплота и теплоемкость
Теплота и два способа ее определения. - Теплоемкость, связь ее с количеством тепла, процессом и параметрами. - Молекулярно-кинетическая теория теплоемкости. - Коэффициент Пуассона. - Математические особенности функций состояния и функций процесса.
Лекция 5. Первый закон термодинамики
Основные формулировки и выводы. - Внутренняя энергия и способы ее определения. - Работа упругих сил. - Энтальпия и способы ее определения. - Техническая работа. - Две формы математической записи закона.
Лекция 6. Основные выводы из первого закона термодинамики
Уравнения энергетического и теплового балансов. - Вечный двигатель первого рода и его противоположность.- Располагаемая работа потока. - Уравнение термодинамики для потока. - Направленность процессов в природе.
Лекция 7. Второй закон термодинамики
Классические формулировки закона. - Энтропия, ее физическое содержание и способы определения. - Поведение энтропии в изолированных системах. - "Тепловая смерть".
Лекция 8. Практические приложения второго закона термодинамики
Ts-диаграмма состояний. - Среднепланиметрическая температура. - Связь энтропии с теплоемкостью. - Циклы Карно: прямой, предельный, эквивалентный, обобщенный. - Основные способы повышения эффективности циклов. - Термодинамические тождества, - Эксергия и эксергеческий КПД.
Лекция 9. Термодинамические свойства идеальных газов
Идеально газовые законы. - Уравнение состояния. - Смеси газов. - Калорические свойства идеальных газов и их смесей.
Лекция 10. Процессы с идеальным газом
Политропные процессы. - Уравнения процесса и соотношения параметров. - Изменение калорических величин. - Работа и теплота процесса. - Определение других характеристик процессов.
Лекция 11. Исследование политропных процессов
Задание процессов. - Содержание исследования. - Графическое изображение процессов в основных диаграммах состояний. - Исследование с помощью диаграмм состояния. - Составление схемы распределения энергии. - Группирование политропных процессов. - Термодинамическая поверхность идеального газа. - Газовые циклы и определение их характеристик.
Лекция 12. Термодинамические свойства реальных газов
Особенности поведения реальных газов и паров. - Термические свойства. - Диаграмма состояний - pv. - Степень сухости пара. - Критическая точка. - Уравнение состояния. - Метастабильные состояния. - Фазовая диаграмма состояний. - Термодинамическое подобие. - Калорические свойства. - Таблицы термодинамических свойств.
Лекция 13. Процессы с водяным паром
Диаграмма состояний-Ts. - Диаграмма состояний-hs. - Исследование процессов с водяным паром. - Адиабатные процессы, обратимые и необратимые. - Дросселирование газов и паров.
Лекция 14. Газопаровые смеси. Влажный воздух
Газопаровые смеси, их место в судовой практике. - Влажный воздух. - Свойства влажного воздуха. - Диаграмма - Hd для влажного воздуха.
- Основные процессы с влажным воздухом.
Лекция 15. Сжатие газов и паров
Компрессоры, их классификация. - Принцип действия поршневого компрессора. - Одноступенчатое сжатие. - Определение характеристик компрессора. - Недостатки одноступенчатого сжатия, - Влияние вредного пространства. - Многоступенчатое сжатие.
Лекция 16. Течение газов и паров
Сопло и диффузор. - Скорость течения. - Профиль канала при течении. - Расчет сопла. - Критическое отношение давлений. - Анализ процессов при течении. - Влияние отношения давлений на скорость и расход при разном профиле сопла.
Лекция 17. Термодинамика паротурбинных установок
Теплоэнергетические установки и их характеристики. - Паротурбинные установки. Принцип их действия и особенности. - Цикл Карно на водяном паре. - Теоретический цикл ПТУ. - Действительный цикл ПТУ. - Влияние параметров цикла на эффективность.
Лекция 18. Повышение эффективности паротурбинных установок
Недостатки водяного пара как рабочего тела ПТУ. - Основные способы повышения эффективности ПТУ. - Коэффициент использования теплоты. - Теплофикация. - Схема, принцип действия и цикл ПТУ с промежуточным перегревом пара. - Схема, принцип действия и цикл ПТУ с отборами пара для подогрева питательной воды.
Лекция 19. Термодинамика двигателей внутреннего сгорания
Принцип действия и индикаторные диаграммы. - Условия построения циклов. - Смешанный цикл. - Цикл Отто. - Цикл Дизеля. - Термический КПД циклов ДВС.
Лекция 20, Анализ циклов и способы повышения эффективности ДВС
Влияние степени сжатия. - Влияние степени повышения давления. - Недостатки циклов ДВС. - Комбинированный цикл ДВС. - Утилизация энергии выпускных газов.
Лекция 21. Термодинамика газотурбинных установок
Основные особенности установок. - Схема и принципы действия простейшей ГТУ. - Недостатки простейшей ГТУ. - Схема и принцип действия регенеративной ГТУ. - Утилизация энергии выпускных газов.
Лекция 22. Термодинамика холодильных установок
Термодинамические основы получения искусственного холода. - Обратный цикл Карно и его недостатки. - Схема и цикл парокомпрессорной холодильной установки. - Другие способы получения холода.
Лекция 23. Термодинамика теплонасосных и других установок, работающих по обратному циклу
Теплонасосная установка, схема и цикл. - Динамическое отопление и его эффективность. - Термотрансформатор. - Сравнение установок, работающих по обратному циклу.
Лекция 24. Теплопередача. Основные понятия и определения
Теплообменники в судовом хозяйстве. - Тепловая нагрузка и плотность теплового потока. - Второй закон термодинамики и процессы теплопереноса. - Основные процессы теплопереноса. - Теплопередача. - Показатели интенсивности процессов теплопереноса.
Лекция 25. Теплопроводность
Перенос теплоты теплопроводностью,- Коэффициент теплопроводности. - Теплоизоляторы. - Температурное поле и его характеристики. - Закон Фурье. - Дифференциальное уравнение теплопроводности.
Лекция 26. Теплопроводность стенок
Стенки плоские, одно- и многослойные. - Стенки цилиндрические, одно- и многослойные. - Стенки произвольной формы. - Электро-тепловая аналогия. - Графический метод определения температур стенки.
Лекция 27. Конвективный теплоперенос и элементы теплового моделирования
Конвективный теплоперенос и конвективная теплоотдача. - Формула Ньютона-Рихмана. - Коэффициент теплоотдачи. - Основные факторы, влияющие на теплоотдачу. - Тепловое моделирование. - Критерии конвективной теплоотдачи. - Критериальное уравнение теплоотдачи.
Лекция 28. Теплоотдача при свободной и вынужденной конвекциях.
Свободная конвекция у стенок. - Теплоперенос в зазорах и щелях. - Теплоотдача при движении в трубах и каналах,- Теплоотдача при поперечном обтекании трубы.- Теплоотдача в пучках труб. - Средний коэффициент теплоотдачи.
Лекция 29. Конвективная теплоотдача при фазовых переходах
Особенности теплоотдачи при фазовых переходах. - Теплоотдача при кипении в неограниченных объемах. - Теплоотдача при кипении в трубах и каналах. - Теплоотдача при конденсации. - Уравнение Нуссельта дня конденсации.
Лекция 30. Лучистый теплоперенос
Природа теплопереноса. - Основные определения и закономерности. - Закон Стефана-Больцмана. - Теплоперенос между двумя телами. - Защитный и парогенерирующий экраны. - Лучистая изоляция. - Особенности излучения газов и факелов. - Коэффициент лучистой теплоотдачи.
Лекция 31. Теплообменные аппараты
Классификация. - Виды расчетов. - Уравнение теплового баланса. - Схемы движения теплоносителей. - Средний температурный напор.
Лекция 32. Коэффициент теплопередачи. Интенсификация
Плоские стенки. - Цилиндрические стенки. - Сложная теплопередача. - Средний коэффициент теплопередачи. - Изоляция. - Основные способы интенсификации теплопередачи.
Список рекомендованной литературы