Програма icon

Програма




Скачати 157.01 Kb.
НазваПрограма
Дата05.08.2012
Розмір157.01 Kb.
ТипДокументи

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Національний університет кораблебудування

імені адмірала Макарова


ПРОГРАМА



державного екзамену Теоретичні основи теплотехніки


для бакалаврату з напрямів

6.051201 – Суднобудування та океанотехніка

6.050601 – Теплоенергетика

6.050604 – Енергомашинобудування


Розглянута на засіданні кафедри ТТ і СПУ,

протокол № 1 від  30.08.2011 р.   


Завідуючий кафедрою

професор Б. В. Димо


Миколаїв 2012


Державний іспит з теоретичних основ теплотехніки є проміжною формою атестації студентів, що навчаються за бакалаврською програмою з напрямів 6.051201 – Суднобудування та океанотехніка; 6.050601 – Теплоенергетика; 6.050604 – Енергомашинобудування.

Програма складається з трьох розділів, які охоплюють основні положення навчальних дисциплін “Технічна термодинаміка”, “Тепломасообмін” та “Теплотехнічні вимірювання та прилади”, що визначають загальний рівень теоретичної та професійної підготовки майбутніх фахівців в галузі “Енергетика”.

^

1. Технічна термодинаміка


1.1. Перший закон термодинаміки як частковий випадок закону збереження і перетворення енергії. Інтегральні і диференціальні рівняння першого закону. Навести приклади використання диференціальних рівнянь. Що таке внутрішня енергія робочого тіла? Навести її властивості і спосіб розрахунку.

1.2. Розрахувати зміну питомої внутрішньої енергії повітря, якщо його температура збільшилась на 100 К. Середня ізобарна теплоємність – 1,015 кДж/(кг К). Коефіцієнт Пуассона – 1,41.

1.3. Дати формулювання і вивести математичний запис другого закону термодинаміки. Ентропія і її властивості, спосіб розрахунку. Цикл Карно як цикл максимального ККД. Навести межові значення ККД циклу Карно. Вічний двигун другого роду – що це таке?

1.4. Розрахувати зміну питомої ентропії повітря, якщо в ізохорному процесі розширення температура зменшилась з 400 К до 300 К.

1.5. Питома теплоємність газів: масова, мольна, об’ємна. Зв’язок між ними. Теплоємність середня і істинна. Середня теплоємність у даному інтервалі температур. Визначення загальної теплоти процесу через масову, мольну, об’ємну теплоємність.

1.6. Розрахувати питому теплоту процесу p = const , в якому температура зросла з 293 К до 1073 К. Робоче тіло – повітря.

1.7. Вивести рівняння політропи і співвідношення параметрів p-v; T-v; T-p. Побудувати узагальнені p-v і T-s діаграми політропних процесів, обґрунтувати їх перебіг.

1.8. Показати відносне розташування політропи розширення з n = 0,2. Розрахувати для неї кінцевий питомий об’єм, якщо початкові параметри p0 = 0,2 МПа, v0 = 1 м3/кг; кінцевий тиск = 0,1 МПа. Робоче тіло – повітря.

1.9. Дати методику розрахунку циклу ДВЗ з ізохорним підведенням теплоти: p-v і T-s діаграми, параметри вузлових точок, ККД циклу та його аналіз, робота циклу, середньоцикловий тиск.

1.10. Розрахувати ККД циклу за таких умов: коефіцієнт стиснення  = 6; коефіцієнт Пуассона к = 1,33. Які обставини обмежують величину ?

1.11. Цикл ДВЗ з ізобарним підведенням теплоти: p-v і T-s діаграми, параметри вузлових точок, формули ККД, роботи циклу, середньоциклового тиску.

1.12. Розрахувати ККД циклу ДВЗ за таких умов: коефіцієнт стиснення  = 12; коефіцієнт Пуассона к = 1,4; коефіцієнт попереднього збільшення об’єму  = 1,5. Які обставини обмежують величину ККД?

1.13. Термодинаміка стиснення газів. Причини застосування багатоступеневого стиснення. Робота багатоступеневого стиснення. p-v і T-s діаграми процесів стиснення.

1.14. Розрахувати питому роботу двоступеневого адіабатного стиснення повітря за таких умов: початкові параметри p1 = 0,1 МПа, t1 = 20C; кінцевий тиск pк = 1,6 МПа.

1.15. Термодинаміка потоку. Швидкість витікання газу. Критичний переріз, критична швидкість, критичне співвідношення тисків. Швидкість звуку.

1.16. Розрахувати критичну швидкість витікання кисню з температурою 300 К.

1.17. Термодинаміка потоку. Секундна масова витрата газу. Максимальна секундна витрата.

1.18. Дослідження циклу ГТУ з ізобарним підведенням теплоти: силова схема, p-v і T-s діаграми, вихідні дані, параметри вузлових точок, формула ККД та її аналіз.

1.19. P-v, T-s, h-s діаграми стану водяної пари. Основні термодинамічні процеси з водяною парою в цих діаграмах.

1.20. Визначити кількість підведеної теплоти, щоб в умовах ізобарного нагрівання підвищити температуру пари до 300C. Початковий стан: p1 = 2,0 МПа, x1 = 0,7.

1.21. Цикл Ренкіна як основний цикл паросилової установки. Схема установки і її цикл в T-s і h-s координатах. Термічний ККД. Проаналізувати засоби підвищення ККД циклу.

1.22. Цикл Ренкіна з проміжним перегрівом пари. Дати силову схему і цикл в Т-s i h-s діаграмах. Скласти формулу визначення термічного ККД. Як впливає проміжний перегрів на абсолютний ККД циклу?

1.23. Термодинамічні основи теплофікації. Показати термодинамічну доречність застосування теплофікаційних установок. Дати варіанти схем теплофікаційних установок, привести їх порівняльний аналіз. Ефективність роботи теплофікаційної установки.

1.24. Цикл парокомпресорної холодильної машини. Навести схему і теоретичний цикл. Одержати формулу холодильного коефіцієнту, проаналізувати варіант роботи холодильної машини з переохолодженням робочого агрегату перед дроселем.

1.25. Побудувати на діаграмі lg p-h теоретичний цикл і обчислити холодильний коефіцієнт циклу за таких умов: робочий агент – фреон-22. максимальний тиск в циклі 1.2 МПа, мінімальний тиск – 0.1 МПа, переохолодження робочого агенту перед дроселем немає, відсутній також перегрів пари на входів компресор.


2. Тепломасообмін

2.1. Сформулювати основні способи переносу теплоти. Дати визначення понять теплоти, теплового потоку, густини теплового потоку. Навести приклади способів переносу теплоти у елементах СЕУ.

2.2. Розрахувати добову витрату теплоти і тепловий потік з зовнішньої поверхні суднового паливопідігрівача величиною 1,5 м2, якщо коефіцієнт тепловіддачі із зовнішньої поверхні 5 Вт/(м2.К), а температури поверхні паливопідігрівача та в приміщенні дорівнюють відповідно 45 та 25 С. Розрахувати також і густину теплового потоку.

2.3. Навести фізичні особливості процесу теплопровідності на прикладі одного з елементів СЕУ. Дати визначення понять температурного поля, температурного градієнта, основного закону теплопровідності (Фурє), коефіцієнта теплопровідності та термічного опору.

2.4. Розрахувати температурний градієнт та різницю температур для тонкої плоскої сталевої стінки товщиною =2,5 мм, якщо відомо, що за годину через 1 м2 поверхні стінки передається 3,6 МДж теплоти.

2.5. Навести фізичний опис процесів теплопередачі, що мають місце у СЕУ. Що таке коефіцієнт теплопередачі та термічний опір процесу теплопередачі?

2.6. Визначити коефіцієнт теплопередачі для сталевої трубки діаметром 32/40 мм конвективної поверхні нагріву парогенератора. Зовнішня поверхня труби вкрита шаром сажистих відкладень товщиною 1,5 мм, коефіцієнт теплопровідності 0,3 Вт/(м.К). Коефіцієнти тепловіддачі з боку газів і рідини , яка кипіть, прийняти відповідно 95 та 12000 Вт/(м2.К). Визначити також максимальну температуру стінки труби, якщо тиск насичення складає 1 МПа.

2.7. Описати основні способи інтенсифікації теплопередачі в СЕУ. На прикладі одного з елементів СЕУ розглянути практичну реалізацію цих способів. Дати пояснення смислу застосування ребристих поверхонь. З якого боку теплообмінної поверхні раціональне використання оребрення з боку більшого чи меншого коефіцієнта тепловіддачі?

2.8. Визначити тепловий потік через 1 м2 стінки, холодна сторона якої оребрена, коефіцієнт оребрення F2/F1=13. Товщина стінки =10 мм, =40 Вт/(м.К). Коефіцієнти тепловіддачі відповідно дорівнюють 1=200 і 2=10 Вт/(м2.К), а температури tf= 75 C, tf= 15 C. У скільки разів оребрення збільшує тепловий потік у порівнянні зі стінкою без ребер? Ефективність ребра прийняти Е = 0,9.

2.9. Описати випадки нестаціонарної теплопровідності, які мають місце при роботі елементів СЕУ. Указати стадії нестаціонарної теплопровідності і основні фактори, які впливають на розподіл температур. Пояснити значення теорії регулярного режиму для визначення характеристик матеріалів і коефіцієнта тепловіддачі.

2.10. Привести фізичний опис процесу конвективного теплообміну. Вільна та вимушена конвекція. Описати основні фактори, які впливають на перенесення теплоти конвекцією. Які диференціальні рівняння та умови однозначності описують конвективний теплообмін? Записати основний закон тепловіддачі (Ньютона-Ріхмана). Пояснити фізичний смисл коефіцієнта тепловіддачі.

2.11. Розрахувати середній коефіцієнт тепловіддачі для випадку вимушеної конвекції повітря вздовж плоскої стінки довжиною ^ L, якщо відомі значення місцевого коефіцієнта тепловіддачі на краю стінки х =L і закон зміни місцевих коефіцієнтів тепловіддачі уздовж каналу
хсх -0,2, де х - довжина, с - постійний коефіцієнт.

2.12. Сформулювати умови подібності теплових процесів. Яке значення має теорія подібності для дослідження та узагальнення теплових задач? Навести загальний від критеріальної залежності конвективного теплообміну. Перелічити визначальні та визначувані критерії подібності, їх фізичний зміст. Що таке визначальні розмір, температура і швидкість?

2.13. Визначити значення чисел Nu, Re, Gr, Eu, Pr для таких умов вода рухається у трубі діаметром 242 мм, довжиною 2 м, витрата рідини складає 50 кг/год. На вході температура води 80 С, на виході – 40 С; середня температура стінки труби 25 С. Гідравлічний опір складає 400 Па. Визначальні параметри – середня температура води та внутрішній діаметр труби.

2.14. Зобразити розподіл швидкості та температур для випадку повздовжньої вимушеного обтікання потоком поверхні стінки. Від яких факторів залежить тепловіддача за таких умов? Навести загальний вид критеріальної залежності тепловіддачі вимушеного обтікання стінки. Який механізм передачі теплоти має місце при ламінарному та турбулентному режимах?

2.15. Розрахувати середній коефіцієнт тепловіддачі при течії трансформаторного масла з середньою температурою 90 С і швидкістю 0,4 м/с уздовж металевої плити довжиною 0,5 м, температура якої дорівнює 20 С. Використайте критеріальну залежність



2.16. Зобразити розподіл швидкості руху і температур при течії рідини у трубах та каналах. Що таке початкові ділянки гідродинамічної та теплової стабілізації? Зазначити особливості руху і теплообміну в’язкісного та в’язкісно-гравітаційного режимів неізотермічної течії. Навести загальний вид критеріальних залежностей теплообміну таких режимів течії. Які особливості теплообміну при течії рідини у каналах не круглого перерізу та зігнутих трубах?

2.17. Розрахувати, як змінюється середній коефіцієнт тепловіддачі за умов в’язкісної течії рідини у трубі, якщо швидкість руху зросте у 2 та 4 рази, а діаметр труби, середня температура рідини, температура стінки та режим течії залишиться незмінним. Використати критеріальну залежність



2.18. Описати гідродинаміку і теплообмін вимушеного поперечного обтікання труби. Режими обтікання, розподіл коефіцієнтів тепловіддачі по периметру труби. Які вам відомі схеми компонування труб у пучки? Які з них і за яких умов застосуються у теплообмінних апаратах? Як розраховується тепловіддача вимушеного поперечного обтікання пучків труб?

2.19. Описати механізм течії і теплообміну вільною конвекцією. Навести загальний вид критеріальної залежності теплообміну вільною конвекцією. Який фізичний зміст критерію Грасгофа? Які особливості розрахунків вільної конвекції горизонтальних плит, циліндрів, у щілинах та прошарках?

2.20. Розрахувати співвідношення коефіцієнтів тепловіддачі вільною конвекцією з зовнішньої поверхні двох горизонтальних трубопроводів діаметрами 50 та 150 мм. Трубопроводи мають однакову температуру поверхні і розміщені на такій відстані, що виключає взаємний тепловий вплив. Використовувати критеріальну залежність

.

2.21. Описати механізм бульбашкового кипіння рідини. Проаналізувати залежність густини теплового потоку від різниці температур “стінка-рідина”. Пояснити, в чому полягає безпека появи плівкового режиму кипіння в теплообмінниках.

2.22. В чому полягає природа процесу конденсації? Які складові термічного опору процесу конденсації? Вказати окремі види конденсації, які мають місце в СЕУ. Як залежить коефіцієнт тепловіддачі при ламінарному режимі конденсації від різниці температур “насичена пара - стінка”?

2.23. Розрахувати, як зміняться коефіцієнт тепловіддачі та витрата сухої насиченої пари, що конденсується на поверхні горизонтальної труби, якщо діаметр труби зростає у 4 рази, а тиск пари, різниця температур і довжина труби залишаються незмінними. Використовувати критеріальну залежність:



де – критерій фазового переходу;

Pr – критерій Прандля;

– критерій Галілея.

2.24. Як класифікують теплообмінники за принципом дії? Дати коротку характеристику кожного типу теплообмінних апаратів. В чому полягає сутність конструктивного і перевірочного теплових розрахунків. Записати основні рівняння, що використовуються в методиках теплових розрахунків. Навести перелік і характеристику основних схем руху теплоносія в рекуперативних теплообмінниках. Проаналізувати, які схеми руху теплоносіїв мають перевагу на прикладі одного з теплообмінників СЕУ.

2.25. Розрахувати поверхню нагріву протиточного теплообмінника для передачі 8 МДж теплоти за секунду, якщо на вході повітря має температуру 150 ºС. Витрати і теплоємність газу і повітря вважати однаковими, коефіцієнт теплопередачі дорівнює 90 Вт/(м2.К). Показати можливість здійснення даного нагріву повітря, якщо в теплообміннику виконати прямоточну схему руху теплоносіїв. Температура газів на вході – 380 0С, на виході – 210 0С.

2.26. В чому полягає природа теплового випромінювання? Від яких факторів залежить інтенсивність теплового випромінювання? Записати вирази фундаментальних законів випромінювання (Планка, Стефана-Больцмана). Що таке поглинальна відбиттєва і проникна здатності тіл, показати зв’язок між ними? В чому полягає різниця між випромінюванням газів і парів і випромінюванням твердих тіл?


^ 3. Теплотехнічні вимірювання та прилади

3.1. Методи вимірювання рівня рідини. Рівнеміри; їх типи, принципи дії та характеристики.

3.2. Визначити відносну похибку вимірювання рівня палива в витратній цистерні суднової котельної установки, якщо для цієї мети застосовується електричний рівнемір класу точності 2,0 з діапазоном вимірювань від 0 до 3 м. Виміряне значення рівня палива складає 2 м. Як зміниться відносна похибка вимірювання рівня, якщо рівень палива знизиться до 1 м?

3.3. Термометри опору. Стандартні термометри опору та їх характеристики. Металеві та напівпровідникові термоперетворювачі опору.

3.4. Визначити статичну характеристику термометра опору, який застосовується для вимірювання температури дейдвудного підшипника. Статична характеристика представлена емпіричною формулою виду . Відповідно до вихідних даних визначити методом найменших квадратів смислові значення постійних параметрів емпіричної формули, користуючись системою рівнянь

.

Вихідні дані:

Температура t, оС

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Опір Rt, Ом

46

48

50

52

54

56

58

60

62

64

3.5. Методи вимірювання тиску. Манометри; їх типи, принципи дії і характеристики.

3.6. Визначити відносну похибку вимірювання тиску в пароводяному колекторі суднового котла і вибрати манометр за умови, що похибка вимірювання робочого тиску 0,5 МПа не повинна перевищувати 3 %.

Клас точностиі

Діапазон вимірювань, МПа

0,5

0–5

1,5

0–1

2,0

0–2

3.7. Методи вимірювання частоти обертання. Тахометри: їх типи, принцип дії та характеристики.

3.8. Визначити границю допустимої похибки вимірювання частоти обертання колінчастого вала суднового двигуна внутрішнього згоряння і вибрати тахометр, який забезпечує вимірювання частоти обертання 300 об/хв з похибкою, що не перевищує 3,5 % за такими даними:

Тип тахометра

Клас точності

Діапазон вимірювань, об/хв

Відцентровий

3,0

0–500

Магнітний

2,0

0–500

Електричний

1,0

0–1500


3.9. Манометричні термометри. Принцип дії, типи і характеристики манометричних термометрів.

3.10. Визначити границю допустимої похибки вимірювання температури в холодильній камері транспортного рефрижератора конденсаційним манометричним термометром і вибрати термометр, який забезпечує вимірювання температури (-25 оС) з похибкою, що не перевищує 2 %, за такими даними:

Клас точності
^

Діапазон вимірювань, оС


0,5

-100–20

1,0

-50– 50

1,5

-30–0

3.11. Методи вимірювання витрати речовини. Теплові витратоміри; принцип дії та основні характеристики.

3.12. Термоелектричні термометри. Способи вимірювання термоЕРС. Принципова схема потенціометра.

3.13. Визначити похибку вимірювання термоЕРС, якщо для цієї мети застосовується мілівольтметр класу точності 1,0 з діапазоном показань від 0 до 30 мВ.

3.14. Вимірювання потужності. Визначення потужності за параметрами робочих тіл.

3.15. Методи вимірювання потужності двигунів. Гальмові пристрої; принцип дії, типи і характеристики.

3.16. Методи вимірювання витрати речовини. Витратоміри постійного перепаду тиску (ротаметри); їх принцип дії, типи і характеристики.

3.17. Методи вимірювання витрати речовини. Спеціальні витратоміри (теплові, електромагнітні, ультразвукові); їх принцип дії та характеристики.

3.18. Вимірювання витрати речовини. Витратоміри змінного перепаду тиску; теоретичні основи. Звужуючи пристрої; їх типи і характеристики.

3.19. Термоелектричні термометри. Теоретичні основи термоелектричних перетворювачів (термопар). Стандартні термопари; їх типи і характеристики.

3.20. Визначити температуру відпрацьованих газів двигуна внутрішнього згоряння, яка вимірюється стандартним термоелектричним термометром з хромель – алюмелевим (ХА) перетворювачем (термопарою).

Вільний спай термопари розміщується в навколишньому середовищі при температурі 20 ˚С.

Виміряне значення термоЕРС складає 12 мВ.

3.21. Методи вимірювання кількості і витрати речовини. Типи витратомірів, що застосовуються при випробуванні та експлуатації суднових енергетичних установок; їх принцип дії та основні характеристики.

3.22. Визначити відносну похибку вимірювання витрати пального при випробуванні двигуна внутрішнього згоряння. Витрата пального вимірюється масовим способом, при якому вимірюється час витікання певної маси пального, тобто .

Вихідні дані:

Маса m, кг

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

Час , с

70,0

69,8

69,7

70,1

71,0

69,0

70,0

70,3

69,9

70,2

Похибка прямого вимірювання маси дорівнює Δm = 0,01 кг.

Похибку прямого вимірювання часу Δτ визначити як середню квадратичну.

3.23. Систематичні похибки вимірювання температури контактними способами; їх типи і визначення.

3.24. Термометри опору. Методи вимірювання електричного опору: зрівноважені мости, логометри, компенсаційні схеми.

3.25. Вибрати більш точний прилад з двох логометрів, шкала яких градуйована в одиницях вимірювання температури, визначивши границю допустимої похибки, за такими даними

Клас точності

Діапазон вимірювань

0,5

(-50-100) ˚С

1,0

(0-50) ˚С



Програму склав:

Завідуючий кафедрою ТТ і СПУ,

професор Димо Б. В.

Схожі:

Програма iconВ. П. Бурмака програма І робоча програма
Програма І робоча програма навчальної дисципліни «Історія України» для студентів ІІ курсу заочної форми навчання напряму підготовки...
Програма iconВ.І. Заіченко Програма І робоча програма
Програма І робоча програма навчальної дисципліни «Безпека праці в будівництві» (для студентів 4 курсу денної форми навчання напряму...
Програма iconВ.І. Заіченко Програма І робоча програма
Програма І робоча програма навчальної дисципліни «Безпека технологічних процесів» (для студентів 4 курсу денної форми навчання напряму...
Програма iconВ.І. Заіченко Програма І робоча програма
Програма І робоча програма навчальної дисципліни «Виробнича санітарія» (для студентів 4 курсу денної форми навчання напряму підготовки...
Програма iconО. В. Дорохов програма та робоча програма
Програма та робоча програма навчальної дисципліни “Електричні машини” (для студентів усіх форм навчання напряму підготовки 050701...
Програма iconМ. С. Лисенко програма І робоча програма
Програма І робоча програма навчальної дисципліни «Етика бізнесу» для студентів 5 курсу заочної форми навчання освітньо-кваліфікаційного...
Програма iconГосподарства програма І робоча програма
Програма І робоча програма навчальної дисципліни «Транспортне право» (для студентів 2 курсу заочної форми навчання спеціальності...
Програма iconМ. В. Програма І робоча програма
Програма І робоча програма навчальної дисципліни „Екологія” (для студентів 3 курсу денної форми навчання напряму підготовки 140101...
Програма iconМ. В. Програма І робоча програма
Програма І робоча програма навчальної дисципліни „Екологія” (для студентів 3 курсу заочної форми навчання напряму підготовки 140101...
Програма iconГосподарства програма І робоча програма
Програма І робоча програма навчальної дисципліни «Інтелектуальна власність» (для студентів 5 курсу денної форми навчання спеціальності...
Програма iconТ.Є. Одаренко Програма І робоча програма
Програма І робоча програма навчальної дисципліни „Економіка якості (для студентів фпотазн 5 курсу напряму підготовки 0501 „Економіка...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи