УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Рабочая программа

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования
УФИМСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Рабочая программа
дисциплины Термодинамика и теплопередача
для специальности (группы специальностей) Пожарная безопасность (3202)
Уфа 2003
ОДОБРЕНА
Предметной (цикловой)
Комиссией по пожарной безопасности
Составлена в соответствии с
Государственными требованиями к
минимуму содержания и уровню
подготовки выпускников
по специальности
Протокол № 1 от 28.08.2003г.
Председатель____________ Р.Ю.Шафеев
Заместитель директора
по учебно-воспитательной
работе ______________Л.Р.Туктарова
Согласовано:
Методист____________ А.Г.Кильдибекова
Авторы: И.Ф. Саматова – преподаватель УГКР
Рецензент: Р.Ю.Шафеев – председатель предметной комиссии по пожарной безопасности УГКР
Р.Б.Тупеева – доцент УГАТУ
2
РЕЦЕНЗИЯ
на программу дисциплины «Термодинамика и теплопередача», разработанную преподавателем
Уфимского Государственного колледжа радиоэлектроники для специальности «Пожарная
безопасность» (3202)
преподавателем колледжа Саматовой И.Ф.
Рабочая программа данной дисциплины содержит пояснительную записку, тематический
план, содержание
дисциплины, перечень практических и самостоятельных работ, требования
профессиональной направленности, перечень рекомендуемой литературы.
В пояснительной записке дается краткое описание задач курса, определяются
основные
задания, умения и навыки, которыми должен овладеть студент в результате прохождения и изучения
данного курса.
В тематическом плане даются последовательность изучения разделов и тем программы и
распределение учебных часов.
В разделе «Содержание дисциплины» по каждой теме приводятся требования к знаниям и
умениям студентов, дается содержание учебного материала, практические
и самостоятельные
работы.
Программа рассчитана на 90 часов из них 30 часов практических занятий. Содержание
программы полностью соответствует государственным
требованиям к минимуму содержания и
уровню подготовки выпускников вышеназванного учебного заведения.
Рецензент:
Р.Б.Тупеева - доцент
Уфимского Государственного авиационно-технического
университета.
3
РЕЦЕНЗИЯ
на программу по дисциплине «Термодинамика и теплопередача» для специальности «Пожарная
безопасность», разработанную преподавателем Уфимского Государственного колледжа
радиоэлектроники Саматовой И.Ф.
Данная программа рассчитана на 90 часов, в том числе 30 часов практических занятий.
В программе представлены пояснительная записка, тематический план, содержание
дисциплины с перечнем практических и самостоятельных работ, а также с требованиями к знаниям и
умениям студентов, профессиональная направленность дисциплины, перечень рекомендуемой
литературы.
Программа полностью соответствует государственным требованиям к минимуму содержания
и уровню подготовки выпускников колледжа.
Рецензент:
Р. Ю. Шафеев - председатель предметно- цикловой комиссии по пожарной
безопасности УГКР
4
СОДЕРЖАНИЕ
Пояснительная записка
6
Тематический план
7
Содержание дисциплины
8
Перечень практических работ
12
Перечень самостоятельных работ
13
Профессиональная направленность,
региональный компонент
14
Список литературы
15
5
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Целью изучения данной дисциплины является формирование у обучающихся знаний об
основных теплофизических законах, раскрывающих сущность процессов преобразований и передачи
тепловой энергии.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
1. Знать:
- основные законы термодинамики и теплопередачи;
- физический смысл основных теплофизических величин;
- сущность передачи тепла теплопроводностью, излучением, конвективным теплообменом;
- понятие температурного режима.
2. Уметь:
- определять любой параметр газа из уравнения газовых законов;
- рассчитывать противопожарные разрывы между зданиями и сооружениями;
- определять толщину теплоизоляционных слоев;
- рассчитывать температуры в любой точке конструкции в любой момент времени прогрева;
- рассчитывать время прогрева;
- вычислять толщину строительных конструкций.
3. Иметь навыки:
- расчета температуры в толще строительных конструкций и на их наружных поверхностях.
Завершается изучение дисциплины сдачей экзамена.
Рабочая программа по учебной дисциплине "Термодинамика и теплопередача" составлена из
расчета учебного времени, определенного примерным учебным планом (90 часов, из них 30 часов
практических занятий).
6
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА»
СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 3202 (ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ)
Наименование разделов и тем
1
1 Основные параметры состояния рабочего
тела и их измерение
1.1 Термодинамические системы. Основные
параметры состояния газа
1.2 Виды давления. Температура. Температурные шкалы
Максимальная
учебная
нагрузка
студента,
часов
2
2 Законы идеальных газов
2.1 Понятие идеального газа. Основное
уравнение газового состояния
2.2 Закон Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля
3 Газовые смеси
4 Теплоемкость газов и их смесей
4.1 Понятие теплоемкости, удельная, объемная,
киломольная теплоемкость газов и их смесей
4.2 Теплоемкость при постоянном давлении, объеме.
Зависимость теплоемкости от температуры
5 Термодинамические процессы и циклы
5.1 Понятие о термодинамической системе.
5.2 Внутренняя энергия и работа
5.3 Закон сохранения энергии. Первый закон
термодинамики
5.4. Второй закон термодинамики
5.5 Коэффициент полезного действия.
Термодинамические циклы.
5.6 Контрольная работа
6 Истечение и дросселирование газов и паров
7 Теплопроводность при стационарном режиме
7.1 Виды и механизм передачи теплоты
7.2 Коэффициент теплопроводности, зависимость
коэффициента от различных параметров
8 Конвективный теплообмен
8.1 Факторы определяющие конвективный теплообмен.
Закон Ньютона
8.2 Конвективный теплообмен в большом объеме, в
прослойках, при кипении жидкости и конденсации
9 Лучистый теплообмен
9.1 Баланс лучистой энергии. Законы
лучистого теплообмена
9.2 Лучистый теплообмен между телами произвольно
ориентированными в пространстве, лучистый
теплообмен при наличии экранов
10 Сложный теплообмен (теплопередача)
11 Нестационарная теплопроводность
12 Теплообменные аппараты
Итого
117
7
Количество
аудиторных
часов при очной
форме
обучения
Всего
В том
числе
практ.
работ
Самостоятельная
работа,
часов
3
2
4
-
5
-
6
4
1
4
6
2
2
1
1
22
8
2
6
8
2
4
10
1
6
4
1
6
2
1
8
8
8
2
-
1
8
90
30
27
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
«ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА»
Раздел 1. Основные параметры состояния рабочего тела и их измерение
Краткий исторический обзор развития термодинамики. Термодинамические системы. Газ как
рабочее тело. Основные параметры состояния газа: абсолютная температура, удельный объем,
абсолютное давление. Виды давления, единицы измерения и приборы для измерения давления.
Температура, температурные шкалы, приборы для измерения температуры.
Применение основных параметров состояния рабочего тела в практике пожарного дела.
Студент должен:
- знать основные параметры состояния газа;
- уметь применять параметры в практике пожарного дела.
Раздел 2. Законы идеальных газов
Понятие идеального и реального газов. Основное уравнение газового состояния (уравнение
Клапейрона). Уравнение Менделеева-Клайпейрона. Физический смысл удельной и универсальной
газовых постоянных. Законы Бойля-Мариотга, Гей-Люссака, Шарля, Практическое использование
уравнений и законов в пожарном деле.
Практическая работа №1 « Использование законов идеальных газов в практике пожарного
дела»
Самостоятельная работа: решение задач.
Студент должен:
- знать уравнения газовых законов;
- уметь использовать законы и уравнения в практике пожарного дела.
Раздел 3. Газовые смеси
Понятие газовой смеси. Параметры состояния газовой смеси. Парциальное давление.
Парциальный объем. Закон Дальтона.
Способы задания состояния газовых смесей: массовыми и объемными долями.
Расчет параметров смеси.
Практическая работа №2 « Расчет состава смеси газов».
Самостоятельная работа: решение задач.
Студент должен:
- знать основные параметры, характеризующие газовые смеси;
- уметь рассчитывать эти параметры.
Раздел 4. Теплоемкость газов и их смесей
Понятие теплоемкости. Удельная, объемная, киломольная теплоемкость, связь между ними.
Теплоемкость при постоянном давлении и постоянном объеме. Уравнение Майера.
Зависимость теплоемкости от температуры. Практическое использование теплоемкости в пожарном
деле.
Практическая работа №3 «Практическое использование понятия теплоемкости».
Самостоятельная работа: решение задач.
Студент должен:
- знать виды теплоемкостей газов;
- уметь рассчитывать теплоемкости газов и их смесей.
Раздел 5. Термодинамические процессы и циклы
Понятие о термодинамической системе, окружающей среде и термодинамическом процессе.
Внутренняя энергия и работа термодинамической системы. Закон сохранения энергии. Определение
работы расширения газа в процессах при постоянном и переменном давлении. Определение
количества теплоты, сообщаемого газом в термодинамическом процессе.
Первый закон термодинамики. Основные термодинамические процессы: изохорный,
изобарный, изотермический, адиабатный, политропный. Физическая сущность термодинамических
8
процессов, уравнение, графическое изображение, использование в технике. Понятие о
термодинамических циклах.
Коэффициент полезного действия цикла. Второй закон термодинамики. Теоретические
циклы двигателей внутреннего сгорания и их сравнительная характеристика.
Практическая работа №4 «Расчеты с использованием первого закона термодинамики».
Самостоятельная работа: решение задач.
Практическая работа №5 «Расчеты с использованием второго закона термодинамики».
Самостоятельная работа: решение задач.
Студент должен:
- знать параметры и функции термодинамических систем, первый и второй законы
термодинамики;
- уметь применять законы термодинамики для расчетов тепловых эффектов и работы при
различных условиях (изобарных, изохорных, изотермических, адиабатных).
Раздел 6. Истечение и дросселирование газов и паров
Физическая сущность истечения газов и паров через различные насадки. Расчет скорости
истечения и массового расхода газов и паров. Использование истечения газов и паров в практике
пожарного дела. Дросселирование паров и газов.
Практическая работа №6 «Использование истечения газов и паров в практике».
Самостоятельная работа: решение задач.
Студент должен:
- знать расчет скорости истечения и массового расхода газа;
- уметь использовать данные расчеты в практике пожарного дела.
Раздел 7. Теплопроводность при стационарном режиме
Виды передачи теплоты: теплопроводность, конвекция, тепловое излучение. Механизм
передачи теплоты в каждом из них. Основные понятия: тепловой поток, плотность теплового потока,
стационарный и нестационарный температурные режимы.
Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности, его физический смысл. Зависимость
коэффициента теплопроводности от вида вещества или материала, температуры, плотности,
направления теплового потока.
Теплопроводность однослойной и многослойной плоской стенки, анализ уравнений, типы
задач пожарной безопасности и методика их решения.
Практическая работа №7 «Теплопроводность при стационарном режиме, расчеты».
Самостоятельная работа: решение задач.
Студент должен:
- знать виды и механизмы передачи теплоты, закон Фурье;
- уметь рассчитывать теплопроводность однослойной и многослойной плоской стенки.
Раздел 8. Конвективный теплообмен
Сущность конвективного теплообмена и факторы, определяющие его интенсивность.
Закон Ньютона. Коэффициент теплоотдачи, его физический смысл и единицы измерения.
Принудительный теплообмен.
Общие понятия теории подобия. Критериальные уравнения в общем виде.
Конвективный теплообмен при естественной конвекции в большом объеме и в прослойках.
Конвективный теплообмен при кипении жидкости и конденсации пара. Опасность
конвективного теплообмена и его влияние на развитие пожара.
Практическая работа №8 «Виды теплообменов ( конвективный), расчеты».
Самостоятельная работа: решение задач.
Студент должен:
- знать сущность конвективного теплообмена, общие понятия теории подобия;
- уметь применять критериальные уравнения для расчетов конвективного теплообмена.
Раздел 9. Лучистый теплообмен
9
Общие понятия и определения лучистого теплообмена. Баланс лучистой энергии. Законы
лучистого теплообмена: Стефана-Больцмана, Ламберта, Кирхгофа. Лучистый теплообмен между
телами произвольно ориентированными в пространстве. Лучистый теплообмен между двумя
плоскопараллельными телами. Условия пожарной безопасности для данных случаев лучистого
теплообмена.
Особенности лучистого теплообмена с точки зрения пожарной опасности и техники
безопасности при работе личного состава пожарных подразделений.
Лучистый теплообмен при наличии экранов. Общие сведения об экранах. Тепловой расчет
экранов.
Особенности излучения газов, входящих в состав продуктов горения и пламени.
Определение минимальных безопасных расстояний между зданиями и сооружениями и безопасных
условий работы пожарных подразделений.
Практическая работа №9 «Виды теплообменов (лучистый), расчеты».
Самостоятельная работа: реферат на тему «Определение температурного режима при
пожаре в помещениях».
Студент должен:
- знать законы лучистого теплообмена;
- уметь использовать данные законы с точки зрения пожарной опасности и техники
безопасности при работе личного состава пожарных подразделений.
Раздел 10. Сложный теплообмен (теплопередача)
Общее понятие и определение теплопередачи. Характер передачи тепла от греющей среды
через разделяющую стенку. Уравнение теплопередачи. Коэффициент теплопередачи, его физический
смысл и единицы измерения.
Теплопередача через однослойную и многослойную плоскую стенку. Полное термическое
сопротивление теплопередачи. Типы задач пожарной безопасности и методика их решения.
Студент должен:
- знать общее понятие и определение теплопередачи ;
- уметь рассчитывать теплопередачу через одно- и многослойную плоскую стенку.
Раздел 11. Нестационарная теплопроводность
Температурный режим при пожаре в помещениях. Факторы, влияющие на температурный
режим при пожаре в помещениях. Стандартный температурный режим. Основные понятия и
определения нестационарной теплопроводности. Коэффициент температуропроводности, его
физический смысл и единица измерения.
Типы задач пожарной безопасности и методика их решения.
Практическая работа №10 «Нестационарная теплопроводность, расчеты».
Самостоятельная работа: решение задач.
Студент должен:
- знать методы определения температурного режима при пожаре в помещениях;
- уметь решать задачи по пожарной безопасности.
Раздел 12. Теплообменные аппараты
Основные типы и схемы теплообменных аппаратов. Методика конструкторского расчета
теплообменников.
Классификация теплообменных аппаратов по различным признакам.
Самостоятельная работа: реферат на тему «Расчет теплообменных аппаратов».
Студент должен:
- знать основные типы и схемы теплообменных аппаратов, уметь классифицировать
аппараты по различным признакам.
10
ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА»
«ТЕРМОДИНАМИКА И
СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 3202 (ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ)
Работы
№№
1
№ раздела программы,
наименование
2. Законы идеальных газов.
2
3
3. Газовые смеси.
4. Теплоемкость газов и их смесей.
4
8
5. Термодинамические процессы и
циклы.
5. Термодинамические процессы и
циклы.
6. Истечение и дросселирование газов
и паров.
7. Теплопроводность при
стационарном режиме.
8. Конвективный теплообмен.
9
10
9. Лучистый теплообмен.
11. Сложный теплообмен.
5
6
7
Наименование практических работ
Использование законов идеальных газов
в практике.
Расчет состава смеси газов.
Практическое использование понятия
теплоемкости.
Расчеты с использованием первого
закона термодинамики.
Расчеты с использованием второго
закона термодинамики.
Использование истечения газов и паров
в практике.
Теплопроводность при стационарном
режиме. Расчеты.
Виды конвективных теплообменов.
Расчеты.
Лучистый теплообмен. Расчеты.
Нестационарная
теплопроводность.
Расчеты.
11
ДИСЦИПЛИНА
«ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА»
ПЕРЕЧЕНЬ САМОСТОЯТЕЛЬНЫХ РАБОТ
Общее количество
часов по учебному
плану
27
Решение
задач к практическим
работам,
час.
10
12
Выполнение
творческих работ
(рефератов), час.
17
ДИСЦИПЛИНА
«ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА»
ПРОФЕСИОНАЛЬНАЯ НАПРАВЛЕННОСТЬ
Номер раздела
Профессиональная направленность
Раздел 1-11
Использование в общепрофессиональной дисциплине
«Физико-химические основы развития и прекращения
горения»
Раздел 1-11
Использование в общепрофессиональной дисциплине
«Пожарная безопасность объектов и населенных
пунктов»
13
ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Основы пожарной теплофизики. Под редакцией М.П.Башкирцева. – М.: Стройиздат, 1978.
2. Лимонов В.Г., Поповский В.И. Задачник по термодинамике и теплопередаче. – М., 1996.
3. Башкирцев М.П. Задачник по теплопередаче в пожарном деле. – М., 1971.
Дополнительная
1. Базаров и.П. Термодинамика. -М.: Высшая школа, 1991.
2. Кошмаров Ю.А., Башкирцев М.П. Термодинамика и теплопередача в пожарном деле. -М.:
Внешторгиздат, 1987.
14