Петрозаводский государственный университет

Петрозаводский государственный университет
Кафедра горного дела
УТВЕРЖДАЮ
Декан горно-геологического
факультета
______________В.Н.Аминов
«____»_____________2009 г.
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине «ТЕРМОДИНАМИКА»
Направление подготовки
130400 Горное дело
Специальность подготовки
130403 Открытые горные работы
Квалификация выпускника
горный инженер
Очная форма обучения
Заочная форма обучения
Курс - 3
Семестр - 6
Лекции – 32 час.
Экзамен нет
Зачет – в 6 семестре
Практические занятия – 14
Лабораторные работы – 2 час.
Курсовая работа - нет
Количество контрольных работ – нет
Всего часов - 48 час.
Самостоятельная работа – 62 час.
Итого трудозатрат (для студента) – 110 час.
Курс - 3
Семестр - 6
Лекции – 10 час.
Экзамен в 6 семестре
Зачет – нет
Практические занятия – 4
Лабораторные работы – 2
Курсовая работа - нет
Количество контрольных работ – 1
Всего часов - 16 час.
Самостоятельная работа – 94 час.
Итого трудозатрат (для студента) – 110 час.
2009 г.
Рабочая программа составлена на основании авторской программы, одобренной учебнометодической комиссией Физико-технического факультета ПетрГУ 02.02.2000г. протокол
№ 14.
Рабочая программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры электроники и
электроэнергетики 07.11.07 протокол № 5.
Составитель доцент, к.ф-м.н., Кошкаров А.Л.
Зав. кафедрой
В. И. Сысун
1 Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины «Термодинамика» являются:
 изучение основных законов и закономерностей получения и преобразования
энергии и обмена ею в различных процессах, в том числе горного производства,
сопровождающихся тепловыми эффектами, а также свойств веществ, обеспечивающих
реализацию этих процессов;
 формирование у студентов навыков применения методов термодинамики для
анализа процессов горного производства и термодинамических циклов работы силовых
агрегатов горного оборудования и обоснования возможных путей повышения их
энергоэффективности;
 обеспечить студентов комплексом знаний, необходимых для усвоения разделов
специальных дисциплин горного профиля, в которых изучаются соответствующие
термодинамические процессы горного производства, технические средства их реализации,
методы управления ими и повышения их энергоэффективности.
2 Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Термодинамика» относится к федеральному компоненту цикла
«Общепрофессиональные дисциплины направления»
2.1 Перечень разделов дисциплин, усвоение которых необходимо для изучения
дисциплины «Термодинамика»
Математика: дифференциальное и интегральное исчисление, дифференциальные
уравнения, уравнения математической физики.
Физика: работа и энергия, элементарная кинетическая теория газов, основы
термодинамики, термодинамические функции состояния, фазовые равновесия и фазовые
превращения, кинетические явления.
Химия: химические реакции и расчёты, основы химической термодинамики и
кинетики, основы энергетики химических процессов, химическое и фазовое равновесие.
Информатика: простейшие навыки работы на компьютере, прикладное программное
обеспечение: текстовой редактор, редактор формул, математическая программа типа
Mathcad.
2.2 Минимальные требования к «входным» знаниям, необходимым для успешного
усвоения данной дисциплины
Удовлетворительное усвоение программ по указанным разделам математики,
физики и химии, владение компьютером на уровне уверенного пользователя.
2.3 Дисциплины, для которых освоение данной дисциплины необходимо как
предшествующее: «Материаловедения, технология конструкционных материалов»
«Безопасность ведения горных работ и горноспасательное дело», «Аэрология карьеров»,
«Технология и безопасность взрывных работ», «Горные машины и оборудование»
3 Конечные результаты освоения дисциплины
В результате изучения дисциплины «Термодинамика» студент должен:
Основные законы термодинамики; равновесие и фазовые переходы в
термодинамических системах; химическая термодинамика; тепловые свойства веществ;
статистическое описание макросистем; квазитермодинамическая теория флуктуаций;
тепло- и массоперенос; термодинамика потока; малые отклонения от равновесия,
соотношения Онзагера; производство энтропии в стационарных неравновесных
состояниях; образование диссипативных структур; синергетика; термодинамические
процессы в горном производстве.
знать:
 физические явления и термодинамические процессы в породных массивах
 основные законы, основные термодинамические процессы и закономерности
получения и преобразования энергии в ходе различных термодинамических и химических
процессов;
 физическую сущность термодинамических циклов работы силовых агрегатов
горного оборудования;
 основные термодинамические процессы горного производства
уметь:
 анализировать термодинамические процессы, оценивать их эффективность;
 выполнять термодинамические расчёты основных показателей рабочих процессов в
силовых агрегатах горного оборудования, оценивать возможность повышения их
эффективности на современном этапе развития науки и техники.
владеть:
- терминологией в области термодинамики, теории тепло- и массообмена,
термодинамических процессов;
- навыками работы с необходимой справочной литературой и современными
вычислительными средствами для решения практических задач в области
термодинамических процессов горного производства;
- методами термодинамического анализа эффективности термодинамических
процессов горного производства и управления интенсивностью обмена энергией в них;
4 Структура и содержание дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины “Термодинамика” составляет 110 часов.
4.1 Структура и содержание дисциплины приведены в таблице 1.
1
2
3
4
5
Семестр
№
п/п
Таблица 1.1. Структура дисциплины (очная форма)
Дидактические единицы
Трудоемкость
видов
(в составе разделов)
учебной
работы Формы текущего
контроля
дисциплины
обучающихся,
включая
успеваемости
(по
самостоятельную
работу,
неделям
семестра)
час
ВнеаудиАудиторная
торная
Основные
законы
термодинамики; равновесие и
фазовые
переходы
в
термодинамических системах
Химическая термодинамика;
тепловые свойства веществ
Статистическое
описание
макросистем;
квазитермодинамическая
теория флуктуаций; малые
отклонения от равновесий;
соотношения
Онзагера;
образование диссипативных
структур; синергетика
Тепломассоперенос;
термодинамика потока
Термодинамические
процессы
в
горном
производстве
Всего (в семестре):
Итого – 110 часов
Лк*
Лаб.
Пр
Ср**
6
6
2
12
6
6
2
12
6
6
4
12
2
Текущий опрос
6
6
2
12
6
8
2
14
14
62
32
2
Зачет
Зачет 6 семестр
1
2
3
4
5
Семестр
№
п/п
Таблица 1.2. Структура дисциплины (заочная форма)
Дидактические единицы
Трудоемкость
видов
(в составе разделов)
учебной
работы Формы текущего
контроля
дисциплины
обучающихся,
включая
успеваемости
(по
самостоятельную
работу,
неделям
семестра)
час
ВнеаудиАудиторная
торная
Основные
законы
термодинамики; равновесие и
фазовые
переходы
в
термодинамических системах
Химическая термодинамика;
тепловые свойства веществ
Статистическое
описание
макросистем;
квазитермодинамическая
теория флуктуаций; малые
отклонения от равновесий;
соотношения
Онзагера;
образование диссипативных
структур; синергетика
Тепломассоперенос;
термодинамика потока
Термодинамические
процессы
в
горном
производстве
Всего (в семестре):
Итого – 110 часов
Лк*
5
2
6
2
6
2
Лаб.
Пр
Ср**
20
2
2
20
20
Текущий опрос
6
2
6
2
10
2
20
16
2
4
96
Экзамен
4.2 Лабораторный практикум –
- лабораторная работа «Определение параметров процессов нагрева и охлаждения
твёрдых тел простой геометрической формы при стационарном и нестационарном
режимах» ( 2 час.).
4.3 Тематика практических занятий
1. Расчёт основных термодинамических параметров состояния термодинамических
систем.
2. Расчёт составов многокомпонентных веществ их основных свойств и параметров
состояния.
3. Расчёт показателей теплоёмкости газообразных, жидких и твёрдых веществ,
адиабаты газов и газовых смесей, параметров нагрева и охлаждения термодинамических
систем.
4. Расчёт энергетических характеристик термодинамических систем и основных
показателей термодинамических процессов в закрытых термодинамических системах.
5. Расчёт основных показателей кондуктивного, конвективного и лучистого
теплообменов.
6. Расчёт параметров процессов нагрева и охлаждения твёрдых тел простой
геометрической формы при стационарном и нестационарном режимах.
7. Расчёт параметров процессов теплоотдачи и теплопередачи при вынужденном
движении газообразных и жидких теплоносителей.
8. Основные положения методик расчётов параметров ряда термодинамических
процессов горного производства.
5 Образовательные технологии
Организация занятий по дисциплине «Механика. Термодинамика» возможна как по
обычной технологии по видам работ (лекции, практические занятия, текущий контроль)
по расписанию, так и по технологии индивидуального обучения (по индивидуальному
учебному графику) с помощью учебных, методических и контролирующих пособий на
электронных носителях.
При
изложении
теоретического
материала
возможно
использование
мультимедийного иллюстративного материала, при проведении практических занятий
мультимедийные многовариантные упражнения и задания.
6 Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
6.1 По дисциплине предусмотрены следующие виды самостоятельной работы
студентов:
 выполнение расчётно-графических работ с последующей защитой результатов;
 изучение отдельных тем дисциплины самостоятельно с проверкой полученных
знаний
 подготовка к учебным занятиям и контрольным работам;
 работа в библиотеке или Интернете при работе над рефератами;
 работа в компьютерном классе при выполнении и оформлении отчётов о расчётнографических работах и рефератах.
Практические занятия полностью обеспечены учебно–методическими пособиями
(бумажная и электронная формы), содержащими краткие теоретические сведения,
типовые задачи, описания и порядок их выполнения, контрольные упражнения, вопросы,
задания и задачи.
6.2 Примерная тематика:
расчётно-графических работ:
1. Расчёт состава газовых смесей и их термодинамических параметров.
2. Расчёт параметров основных термодинамических процессов.
3. Расчёт энергетических показателей химических реакций образования веществ.
4. Расчёт процессов истечения рабочих тел
5. Расчёт нестационарных температурных полей и построение изотерм в телах
простой геометрической формы.
6. Расчёт параметров процессов конвективного теплообмена.
7. Расчёт параметров процессов лучистого теплообмена.
рефератов:
1. Эмпирические и термодинамические температурные шкалы.
2. Дифференциальное уравнение состояния веществ, термические коэффициенты.
3. Показатели содержания влаги в газообразных и твёрдых (горные породы)
веществах и их влияние на плотностные параметры этих веществ.
4. Теплоёмкость жидких и твёрдых (горные породы) веществ.
5. Внутренняя энергия, энтальпия и энтропия водяного пара. Методы расчёта.
6. Термодинамическая обратимость химических реакций и их полезная работа.
7. Тепловой эффект и кинетика реакций горения.
8. Обзор методов определения тепловых свойств твёрдых веществ в темпера- турных
полях.
9. Истечение газов с учётом трения и учёт последнего при расчёте параметров
истечения и сопловых аппаратов.
10. Сжижение газов при их дросселировании и адиабатном расширении. Области
использования, перспективы применения в горном деле.
11. Обзор основных термодинамических процессов, имеющих место на открытых и
подземных горных работах и при подземном строительстве.
7 Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины
7.1 Оценочные средства для текущей аттестации
Текущая аттестация осуществляется по результатам защиты выполненных к
установленному сроку расчётно-графических работ и рефератов.
7.2 Оценочные средства промежуточной аттестации по итогам освоения
дисциплины:
7.2.1 Примерный перечень контрольных вопросов (выдаётся в середине семестра)
1. Термодинамическая система и окружающая среда. Виды термодинамических
систем. Рабочее тело. Состояния термодинамических систем.
2. Общие понятия о термодинамических величинах, основных термодинамических
параметрах и функциях состояния термодинамических систем. Интенсивные и
экстенсивные параметры, внутренние, внешние и аддитивные.
3. Давление. Истинное и среднее, абсолютное, избыточное и разряжения.
Взаимосвязи между ними. Современные единицы и измерения. Как они связаны между
собой.
4. Температура. Абсолютная термодинамическая температура. Современные
температурные шкалы. Взаимосвязь между
абсолютной и стоградусной
термодинамическими температурными шкалами.
5. Молярный и удельный объёмы веществ термодинамических систем. Методы их
расчёта у газов, жидких и твёрдых веществ. Молярная масса веществ, её определение с
помощью таблицы «Периодическая система элементов Д.И. Менделеева».
6. Термодинамический процесс. Равновесный и неравновесный процесс. Прямой и
обратный. Циклы. Графическое изображение термодинамических процессов. Релаксация,
время релаксации.
7. Уравнение состояния термодинамических систем. Общий вид, графическое
изображение. Термодинамическая поверхность, диаграммы состояния термодинамической
системы.
8. Нормативные условия состояния термодинамических систем. Взаимосвязи между
плотностью и удельным объёмом веществ при нормальных физических и текущих
условиях состояния.
9. Понятие идеального и реального газов. Когда реальный газ можно рассматривать
как идеальный? Вывести термическое уравнение состояния идеального газа для единицы
массы.
10. Преобразовать термическое уравнение состояния идеального газа для единицы
массы (уравнение Клапейрона) в уравнения для произвольной массы, единицы количества
вещества и произвольного количества вещества.
11. Составы многокомпонентных веществ. Способы их количественной оценки.
Взаимосвязи между различными показателями составов многокомпонентных веществ.
Закон Амага.
12. Парциальные объёмы и давление в газовых смесях. Доказать закон Дальтона.
13. Взаимосвязь между молярными и массовыми долями в многокомпонентных
веществах. Доказать, что в газовых смесях молярные и объёмные доли численно равны.
14. Плотность, удельный объём, средняя молярная масса многокомпонентных
веществ.
15. Парциальные плотность и удельный объём компонентов многокомпонентных
веществ. Объём паров при испарении жидкостей и жидких смесей.
16. Влажность и влагосодержание веществ.
17. Влажный воздух. Общие понятия. Количественные характеристики содержания в
нём паров воды.
18. Доказать взаимосвязь абсолютной влажности воздуха с его массовыми и
объёмными размерными влагосодержаниями.
19. Теплоёмкость. Истинная и средняя. Теплоёмкость в адиабатном,
изотермическом, изобарном и изохорном процессах. Уравнение Майера. Удельная,
объёмная и молярная теплоёмкости. Взаимосвязи между ними.
20. Доказать, что разность между изобарной и изохорной истинными объёмными
теплоёмкостями идеальных газов является величиной постоянной.и определить эту
величину.
21. Теплоёмкость многокомпонентных веществ. Средняя теплоёмкость газов и
газовых смесей. Расчёт количеств тепла в термодинамических процессах.
22. Методы расчёта количества тепла передаваемого в термодинамических
процессах при использовании температурных зависимостей истинных и средних
теплоёмкостей.
23. Работа деформирования закрытой термодинамической системы. Представление
этой работы в рабочей диаграмме.
24. Доказать что работа деформирования термодинамической системы не является её
функцией состояния, а является функцией процесса.
25. Уравнение энергии газового потока. Составные части работы деформирования
потока. Сущность располагаемой работы. Изображение последней на рабочей диаграмме.
26. Работы вталкивания, выталкивания и проталкивания потока рабочего тела в
открытых термодинамических системах. Как они определяются?
27. Внутренняя энергия. Основные понятия и свойства. Изменение в обратимых
термодинамических процессах (прямых, обратных, циклах).
28. Взаимосвязь между внутренней энергией и изохорной теплоёмкостью веществ.
Доказать, что для практических расчётов она применима в любых термодинамических
процессах. Методы расчёта внутренней энергии и её изменения в термодинамических
процессах.
29. Доказать, что изменение внутренней энергии вещества в любом процессе
численно равно количеству тепла поступающего в вещество или уходящего из него в
изохорном процессе.
30. Первый закон термодинамики для закрытых термодинамических систем.
Формулировка. Первый вид уравнения этого закона.
31. Первый закон термодинамики для потока рабочего тела.
32. Энтальпия. Основные понятия и свойства. Изменение в обратимых
термодинамических процессах (прямых, обратных, циклах).
33. Взаимосвязь между энтальпией и изобарной теплоёмкостью веществ. Доказать,
что для практических расчётов она применима в любых термодинамических процессах.
Методы расчёта энтальпии и её изменения в термодинамических процессах.
34. Вторая форма записи первого закона термодинамики в дифференциальной
форме.
35. Энтропия. Основные понятия и свойства. Изменение в обратимых
термодинамических процессах (прямых, обратных, циклах).
36. Доказать, что энтропия является функцией состояния термодинамической
системы.
37. Изменение энтропии в необратимых термодинамических процессах в закрытых
системах. Аналитические выражения 2-го и объединённого законов термодинамики.
38. Методы вычисления энтропии веществ и её изменения в термодинамических
процессах.
39. Тепловая диаграмма. Определение с её помощью количества тепла в
термодинамических процессах. Расчёт изменения энтропии при фазовых изотермических
переходах.
40. Необходимые условия работы тепловых машин.
41. Энтропия и термодинамическая вероятность.
42. Изохорный процесс. Основные показатели. Отображение его в рабочей и
энтропийной диаграммах.
43. Изобарный процесс. Основные показатели. Отображение его в рабочей и
энтропийной диаграммах.
44. Изотермический процесс. Основные показатели. Отображение его в рабочей и
энтропийной диаграммах.
45 Адиабатный процесс. Уравнение процесса. Отображение его в рабочей и
энтропийной диаграммах.
46. Методы расчёта работы деформирования и располагаемой работы рабочего тела
в адиабатном процессе.
47. Основы методики расчёта термодинамических параметров газовых смесей,
образованных при смешивании газов с разными термодинамическими параметрами в
сосуде.
48. Основы методики расчёта термодинамических параметров газовых смесей,
образованных при смешивании газов с разными термодинамическими параметрами в
процессе наполнения резервуара.
49. Основы методики расчёта термодинамических параметров газового потока,
образованного при смешивании двух потоков с разными термодинамическими
параметрами.
50. Основы методики расчёта массовых расходов газовых потоков с разными
термодинамическими параметрами для получения потока с необходимыми
термодинамическими параметрами.
51. Основные принципы термодинамического анализа циклов.
52. Основы термодинамического анализа прямого цикла Карно.
53. Основы термодинамического анализа обратного цикла Карно.
54. Основы термодинамического анализа эффективности работы одноступенчатого
поршневого компрессора.
55. Основы термодинамического анализа цикла двигателя внутреннего сгорания с
подводом тепла при постоянном объёме.
56. Основы термодинамического анализа цикла двигателя внутреннего сгорания с
подводом тепла при постоянном давлении.
57. Основы термодинамического анализа цикла двигателя внутреннего сгорания со
смешанным подводом тепла.
58. Основы термодинамического анализа цикла воздушно-огнеструйных
термоинструментов.
59. Основы термодинамического анализа цикла паровой компрессорной
холодильной установки.
60. Основы термодинамического анализа цикла теплового насоса.
61. Первый закон термодинамики в термохимии.
62. Закон Гесса. Тепловые эффекты реакций и их зависимость от температуры.
63. Второй закон термодинамики в термохимии.
64. Химическое равновесие реакций горения и газификации.
65. Максимальная работа реакции, её уравнение.
66. Виды теплообмена и их характеристики?
67. Основной закон теплопроводности (закон Фурье)? Раскрыть понятия теплового
потока, поверхностной плотности теплового потока. Как они связаны?
68. Закон Ньютона-Рихмана? Раскрыть понятие коэффициента теплоотдачи.
Физический смысл этого показателя? Его взаимосвязь с поверхностной плотностью
теплового потока?
69. Методика определения среднего коэффициента теплоотдачи по поверхности
теплообмена?
70. Теплопроводность плоской однослойной стенки при стационарном режиме?
71. Теплопроводность плоской многослойной стенки при стационарном режиме?
72. Теплопроводность цилиндрической однослойной стенки при стационарном
режиме?
73. Теплопроводность цилиндрической многослойной стенки при стационарном
режиме?
74. Теплопередача и основные закономерности этого процесса?
75. Критический диаметр тепловой изоляции? Критерий выбора материала
изоляции?
76. Критерии конвективного теплообмена?
77. Критериальные уравнения конвективного теплообмена? Общий вид при
свободной и вынужденной конвекции?
78.Физические основы лучистого теплообмена? Его показатели? Понятия
селективного и интегрального излучения и серого тела?
79. Законы Стефана-Больцмана и Кирхгофа?
80. Результирующее излучение между двумя серыми телами? Методика определения
коэффициента теплоотдачи при лучистом теплообмене?
81. Излучательная и поглощательная способность газов и их смесей?
82. Уравнения концентрационной диффузии Фика, массоотдачи, массопередачи.
Объяснить их физический смысл.
83. Аналогия между диффузией и теплообменом. Критерии подобия. Основы расчёта
массообменных процессов.
84. Физические основы технологии извлечения тепла земных недр.
85. Физические основы процесса промерзания горных пород на открытых горных
работах и пути предотвращения этого процесса.
86. Физические основы процесса искусственного замораживания горных пород при
ведении горно-строительных работ в сложных горно-геологических условиях.
87. Физические основы процессов регулирования тепловых режимов при ведении
подземных горных работ на больших глубинах.
88. Физические основы процессов регулирования тепловых режимов при ведении
подземных горных работ в условиях Крайнего Севера.
89. Физические основы технологии подземной выплавки серы.
90. Физические основы технологии подземной газификации углей.
7.2.2 Примеры типовых задач
1. Плотность газа  при абсолютном давлении Р = 720 мм рт. ст. и температуре
t = 0 0С равна  =1,35 кг/м3. Найти его молярную массу.
2. Найти молярную массу одного моля смеси, состоящей из 10 кг О2 и 15 кг N2.
3. Определить молярную массу и плотность продуктов полного сгорания этилена
С2Н4 в теоретически необходимом для этого сухом воздухе.
4. Определить удельную газовую постоянную R продуктов полного сгорания
ацетилена С2Н2 в теоретически необходимом для этого сухом воздухе.
5. Определить насыпную плотность разрыхленного известняка, если его плотность
равна  = 2500 кг/м3, показатель общей пористости Ро.п = 25 %, коэффициент разрыхления
Кр =1,5, а массовое влагосодержание dм = 200 г/кг.
6. В баллоне ёмкостью V = 40 литров при давлении Р = 100 ата и температуре
t = 15 0C находится газовая смесь следующего массового состава: N2 = 30 мас. %, O2 = 50
мас. %, CO2 = 20 мас. %. Определить массу смеси в баллоне.
7. Определить массовый расход водяного пара выносимого потоком воздуха из
шахты, если объёмный расход выходящего из шахты воздуха составляет QВ = 10000
м3/час, он имеет относительную влажность в = 85 % и температуру t = 10 0C.
8. Определить мощность калорифера для нагревания воздуха от t1 = -30 0С до
t2 = 20 0С в системе кондиционирования, если в калорифер воздух поступает с объёмным
расходом V = 5000 м3/ч при абсолютном давлении Р = 750 мм рт. ст., а истинная
изобарная молярная теплоёмкость воздуха описывается следующим полиномом первой
степени - Ср,  6,8682 + 0,001366t, где [t] = 0C; [Ср,] = ккал/(кмоль0C).
9. Температурная зависимость истинной изобарной молярной теплоёмкости СО2 в
диапазоне температур Т = 298…1500 К описывается следующей приближённой
зависимостью:
Ср,  6,214 + 10,39610-3Т – 3,54510-6Т2,
где [Т] = К; а [Ср,] = кал/(мольК). Найти показатель адиабаты СО2 при Т = 800 К.
10. Температурная зависимость истинной изобарной объёмной теплоёмкости сухого
воздуха в диапазоне температур Т = 273,15…1273,15 К описывается следующим
выражением: Ср, об = 1,2256 + 2,76∙10-4∙Т , где [Ср, об] = кДж/(нор.м3 К), [Т] = К. Найти для
этого диапазона температур температурную зависимость средней изобарной объёмной
теплоёмкости в абсолютной термодинамической температурной шкале и в
термодинамической шкале температур Цельсия..
11. Определить работу изотермического деформирования
М = 5 кг
О2,
протекающего при Т = 400 К, если О2 в начальном состоянии находился под избыточном
давлении Р1 = 1 ат, а в конечном под абсолютным давлением Р2 = 10 МПа.
12. Определить вместимость баллона, в котором находится 20 кг О2, если манометр
показывает в нём давление 50 ат при температуре t = 20 0C.
13. Во время изобарного сжатия 10 кг воздуха, имеющего начальную температуру
t1 = 127 0С, объём воздуха изменился в 2 раза. Определить работу деформирования
воздуха и количество отведённого в этом процессе тепла. Температурная зависимость
истинной изобарной объёмной теплоёмкости сухого воздуха описывается следующим
выражением: Ср, об = 1,2256 + 2,76∙10-4∙Т, где [Ср, об] = кДж/(нор.м3 К); [Т] = К, а плотность
воздуха равна  = 1,28 кг/ нор. м3.
14. Определить коэффициент теплопроводности  породной стенки площадью
S = 2 м2 и толщиной  = 5 см и направление градиента температур в ней, если при
температуре на одной стороне стенки t1 = 100 0C, а на другой t2 = 25 0C через стенку
проходит стационарный тепловой поток величиной QП .= 6 кВт.
15. Плоская стальная стенка толщиной 1 = 2 мм, и коэффициентом
теплопроводности 1 = 20 Вт/(мК) изолирована от тепловых потерь слоём асбестового
картона толщиной 2 = 5 мм и коэффициентом теплопроводности 2 = и слоем пробки
толщиной 3 = 4 мм и коэффициентом теплопроводности 3 = 0,045 Вт/(мК).
Определить, какой толщины П необходимо взять слой пенобетона с коэффициентом
теплопроводности П = 0,05 Вт/(мК) вместо асбеста и пробки, чтобы теплоизоляционные
свойства стенки остались без изменения.
16. Определить коэффициент теплоотдачи  и полную теплоотдачу Qп для плоской
пластины шириной а = 1 м и длиной l = 2 м, обдуваемой воздухом со скоростью w = 10
м/с, если средняя температура обдуваемой поверхности пластины составляет tп = 100 0C, а
средняя температура воздуха равна tв = 20 0C.
17. Воздух с температурой t1 = 20 0C вытекает из резервуара через суживающееся
сопло площадью S = 15 мм2 в атмосферу. Давление в резервуаре поддерживается на
уровне Р1 = 8 МПа. Определить теоретическую скорость истечения воздуха и его
массовый расход.
18. Воздух при постоянном абсолютном давлении Р1 = 6 МПа и начальной
температуре t1 = 30 0C вытекает в среду с абсолютным давлением Р2 = 3 МПа. Определить
теоретическую скорость и конечную температуру воздуха, если процесс истечения
изоэнтропный.
19. Определить теоретически необходимое количество воздуха для полного
сжигания 10 м3 ацетилена С2Н2, находящегося под абсолютным давлением Р1 = 10 МПа и
имеющего температуру t1 = 50 0C.
20. Определить отнесённый к нормальным физическим условиям объём продуктов
полного сгорания 5 кг этилена С2Н4 в теоретически необходимом количестве воздуха.
8 Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) основная литература:
1. Гончаров С.А. Термодинамика: Учебник для вузов. – М.: Изд-во МГГУ, 2002.
- 440 с.
2. Теплотехника: Учебник для вузов / В.Н. Луканин, М.Г. Шатров, Г.М. Камфер и
др.; Под ред. В.Н. Луканина. – 4-е изд., испр. – М.: Высшая школа, 2003. – 671 с.
3. Янченко Г.А. Термодинамика. Часть 1. Основные понятия и определения.
Уравнения состояния: Учебное пособие. – М.: МГГУ, 2004. – 114 с.
4. Янченко Г.А. Термодинамика. Часть 2. Основные свойства и параметры состояния
многокомпонентных веществ. Теплоёмкость веществ и показатель адиабаты: Учебное
пособие. – М.: МГГУ, 2004. – 129 с.
5. Янченко Г.А. Термодинамика. Часть 3. Энергетические характеристики
термодинамических систем и процессов. Законы термодинамики: Учебное пособие. – М.:
МГГУ, 2005. – 158 с.
6. Янченко Г.А. Термодинамика. Часть 4. Процессы истечения и дросселирования
газов: Учебное пособие. – М.: МГГУ, 2007. – 105 с.
7. Янченко Г.А. Термодинамика. Сборник задач и заданий для практических занятий
и самостоятельной работы. Часть 1. Параметры состояния. Основные газовые законы:
Учебное пособие. – М.: МГГУ, 2006. – 97 с.
8. Янченко Г.А. Термодинамика. Сборник задач и заданий для практических занятий
и самостоятельной работы. Часть 2. Основные свойства и параметры состояния
многокомпонентных веществ: Учебное пособие. – М.: МГГУ, 2008. – 100 с.
б) дополнительная литература:
1.Гончаров С.А., Наумов К.И. Термодинамические процессы: Учебник для вузов. М.:
Издательство «Горная книга», Издательство Московского государственного горного
университета, 2009. -397 с.
2. Янченко Г.А. Термодинамические процессы. Сборник задач и заданий для
практических занятий и самостоятельной работы. Часть 1. Термодинамические параметры
состояния горных пород и минералов и химических реакций их образования: Учебное
пособие. – М.: МГГУ, 2009. – 104 с
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
1. http://x-term.ru (Решение технических задач и контрольных);
2. http://fn.bmstu.ru/phys/bib/physbook/tom2/content.htm (Глаголев К.В., Морозов А.Н.
Физическая термодинамика. МГТУ им. Н.Э. Баумана)
3. http://www.twirpx.com/files/tek/thermodynamics/ (Термодинамика и теплотехника:
конспекты лекций, лабораторные работы, обучающие комплексы и программы);
4. http://www.calc.ru/635.html4 (Термодинамика: формулы и физические величины).
9 Материально-техническое обеспечение дисциплины
Качественное усвоение дисциплины требует следующее минимальное материальнотехническое обеспечение:
1. Компьютерный класс с установленным на ПК программным обеспечением для
выполнения расчётно-графических работ и рефератов по термодинамике и выходом в
Интернет.
2. Аудитория, оборудованная аудиовизуальным оборудованием.
Преподаватель
к.ф-м.н., Кошкаров А.Л.
РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ ДИСЦИПЛИНЫ
Название дисциплины – Термодинамика
Факультет, на котором преподается дисциплина – горно-геологический
Специальность / направление подготовки – 130400 «Горное дело» специальности
130403 «Открытые горные работы».
В рабочую программу учебной дисциплины на 2012-2013 учебный год внесены
следующие изменения:
1. Добавить с перечень дополнительной литературы издание:
Янченко Г.А. Термодинамика. Сборник задач и заданий для практических занятий и
самостоятельной работы. Часть 3. теплоёмкость веществ. Показатель адиабаты газов.
Параметры нагрева и охлаждения термодинамических систем: Учебное пособие. – М.:
МГГУ, 2010. – 125 с.
Рабочая программа дисциплины рассмотрена и переутверждена на заседании
Методической комиссии ГГФ _______________________, протокол №_______.
Зав. кафедрой ____________________ /д.т.н. Аминов В.Н../
ЛИСТ ОБНОВЛЕНИЯ (АКТУАЛИЗАЦИИ)
РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ ДИСЦИПЛИНЫ
Название дисциплины – Термодинамика
Факультет, на котором преподается дисциплина – горно-геологический
Специальность / направление подготовки – 130400 «Горное дело» специальности
130403 «Открытые горные работы».
В рабочую программу учебной дисциплины на 2010-2011 учебный год внесены
следующие изменения:
1 . Добавить в качестве дополнительной литературы:
- Янченко Г.А. Термодинамика. Часть 5. Термодинамика процессов смешивания
газов. Термодинамические циклы силовых агрегатов горных машин и установок: Учебное
пособие. – М.: МГГУ, 2011. – 112 с.
Рабочая программа дисциплины рассмотрена и переутверждена на заседании
Методической комиссии ГГФ _______________________, протокол №_______.
Зав. кафедрой ____________________ /д.т.н. Аминов В.Н../