МИНИCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ТЕХНИЧЕСКАЯ
ТЕРМОДИНАМИКА
И ТЕПЛОТЕХНИКА
ПРАКТИКУМ
Направление подготовки 19.03.01 – Биотехнология
Профиль подготовки «Биотехнология пищевых продуктов
и биологически активных веществ»
Бакалавриат
Ставрополь
2017
Стр.1
УДК 621.036.7 (078.5)
ББК 31.3 я73
Т 38
Печатается по решению
редакционно-издательского совета
Северо-Кавказского федерального
университета
Т 38 Техническая термодинамика и теплотехника / сост.:
Хащенко А. А., Калиниченко М. Ю., Вислогузов А. Н. –
Ставрополь: Изд-во СКФУ, 2017. – 107 с.
Основным направлением практикума является разъяснение физической
сущности видов теплообмена, ознакомление студентов с методикой
экспериментальных исследований, а также усвоение и закрепление
теоретического материала по важнейшим разделам и отдельным вопросам
курса. Сформулированы цели и содержание исследований, даны теоретические
обоснования практических заданий, приведены описания экспериментальных
установок и стендов, указания по технике безопасности,
изложена методика проведения экспериментов и обработки полученных
данных, содержание отчета и его форма, даны контрольные вопросы и
задачи для подготовки к защите работ.
Предназначен для студентов направления подготовки 19.03.01 –
Биотехнология, профиля подготовки «Биотехнология пищевых продуктов
и биологически активных веществ».
УДК 621.036.7 (078.5)
ББК 31.3 я73
Составители:
канд. физ.-мат. наук, доцент А. А. Хащенко,
ст. преподаватель М. Ю. Калиниченко,
канд. техн. наук, доцент А. Н. Вислогузов
Рецензенты:
канд. техн. наук, доцент Д. В. Аборнев,
канд. физ.-мат. наук, доцент В. И. Хайновский
(ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный
аграрный университет»)
© ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский
федеральный университет», 2017
2
Стр.2
1. Исследование изобарного и изохорного процессов . . . . . . .
2. Исследование изотермического и адиабатного процессов . .
3. Исследование теплопроводности материалов . . . . . . . . . . .
4. Исследование теплопередачи при свободной конвекции
воздуха около горизонтального цилиндра . . . . . . . . . . . . . . . .
5. Определение теплоотдачи и тепловых характеристик
отопительных приборов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6. Испытание и составление теплового баланса
водогрейного котла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7. Исследование теплового процесса в теплообменном
аппарате типа «труба в трубе» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8. Определение коэффициента затекания воды
в отопительный прибор и его теплоотдачи . . . . . . . . . . . . . . . .
9. Определение динамики давления в системе
водяного отопления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10. Измерение параметров наружного и внутреннего воздуха .
11. Определение тепловой обстановки в помещении . . . . . . .
Приложение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
13
20
35
48
62
70
81
90
96
101
105
106
3
Стр.3
Ц е л ь и с о д е рж а н и е
Экспериментальное исследование изобарного и изохорного
термодинамических процессов, определение взаимосвязи между
основными параметрами данных процессов.
Фо р м и р у е мы е к о мп е т е н ц и и
ПК-7– Способность систематизировать и обобщать информацию
по использованию ресурсов предприятия.
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
1.1. Краткое описание изобарного процесса
Изобарный процесс – процесс изменения состояния термодинамической
системы, протекающий при постоянном давлении.
Основным законом, описывающим данный процесс, является
закон Гей-Люссака: При постоянном давлении объем газа изменяется
пропорционально его температуре:
𝑉
𝑇=const при p=const
процессе имеет вид:
(1.1)
Уравнение первого закона термодинамики при изобарном
Q=ΔU+A,
(1.2)
где Q – тепло, выделенное (поглощенное) газом во время процесса;
ΔU – изменение внутренней энергии газа во время процесса;
A – работа, совершенная газом в течение процесса.
Работа, совершаемая газом при изобарном процессе, определяется
выражением:
А= p·ΔV=p·(V2 – V1),
(1.3)
где p – давление газа;
V1 – объем газа в начале процесса;
V2 – объем газа в конце процесса.
Графическая функциональная зависимость между основными
параметрами состояния газа, иллюстрирующая изобарный процесс
на диаграмме, называется изобарой. Графики изобарных процессов
в различных координатах приведены на рис. 1.1.
4
Стр.4
Рис. 1.1. Графики изобарных процессов
1.2. Краткое описание изохорного процесса
Изохорный процесс – процесс изменения состояния термодинамической
системы, протекающий при постоянном объеме.
Основным законом, описывающим данный процесс, является
закон Шарля: При постоянном объеме давление газа изменяется
пропорционально его температуре:
𝑝
𝑇=const при V=const
процессе имеет вид:
(1.4)
Уравнение первого закона термодинамики при изохорном
Q=ΔU,
(1.5)
где Q – тепло, выделенное (поглощенное) газом во время процесса;
ΔU – изменение внутренней энергии газа во время процесса.
При изохорном процессе работа газом не совершается, так как
не происходит изменения его объема: А=0, так как ΔV=0
Изменение внутренней энергии газа при изобарном и изохорном
процессах определяется выражением:
ΔU=𝑖
где i – число степеней свободы газа;
μR=8,31 кДж/(кМоль·К) – киломольная постоянная газа;
М – число молей газа;
Т1 – температура газа в начале процесса;
Т2 – температура газа в конце процесса.
Графическая функциональная зависимость между основными
2 ·μR·M·(T2 – T1),
параметрами состояния газа, иллюстрирующая изохорный процесс
на диаграмме, называется изохорой. Графики изохорных процессов
в различных координатах приведены на рис. 1.2.
5
(1.6)
Стр.5