Программные требования и задания к проведению курсового экзамена

АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (АГТУ)

КАФЕДРА «ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ» (КХМ)

ПРОГРАММНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ И ЗАДАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ КУРСОВОГО ЭКЗАМЕНА

по дисциплине СД.Ф.04 МАШИНЫ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ТЕХНИКИ

(второй семестр третьего курса 2011 – 2012 уч. года и первый семестр четвёртого курса 2012 – 2013 уч. года)

для студентов четвёртого курса очной формы обучения групп ДМХ-41 и ДМЭ-41 (2012 – 2013 уч. год)

специальности 140504.65 «Холодильная, криогенная техника и кондиционирование» (инженеры специализаций «Холодильные машины и установки» и «Системы кондиционирования и жизнеобеспечения»)

и направления 140.500.62 «Энергомашиностроение» (бакалавры техники и технологии)

1. Теоретический поршневой компрессор. Допущения при изучении идеального (теоретического) компрессора, отличающие его от реального (действительного). Рабочие процессы в цилиндре с определением не термодинамических процессов. Суть понятий: работа процесса сжатия; техническая работа компрессора. Общий вид формул для определения работ. Эквивалентность площадей диаграммы V – p величинам работ всасывания, сжатия, нагнетания.

2. Вывод уравнения для определения технической работы компрессора с изотермическим процессом сжатия. Соотношение технической работы компрессора и работы процесса сжатия. Процесс сжатия в V - p и s - T диаграммах. Анализ выражения для определения технической работы компрессора с изотермическим процессом сжатия с помощью термодинамической диаграммы состояния s – T (эквивалентность величин уравнения площадям диаграммы под процессами).

3. Вывод уравнения для определения технической работы компрессора с адиабатическим процессом сжатия. Соотношение технической работы компрессора и работы процесса сжатия. Процесс сжатия в V - p и s - T диаграммах. Анализ выражения для определения технической работы компрессора с адиабатическим процессом сжатия с помощью термодинамической диаграммы состояния s – T (эквивалентность величин уравнения площадям диаграммы под процессами).

4. Вывод уравнения для определения технической работы компрессора с политропическим процессом сжатия. Соотношение технической работы компрессора и работы процесса сжатия. Процессы сжатия для случаев 1 < n < k и n > k в V - p и s - T диаграммах. Анализ выражения для определения технической работы компрессора с политропическими процессами сжатия (случаи 1 < n < k и n > k) с помощью термодинамической диаграммы состояния s – T (эквивалентность величин уравнения площадям диаграммы под процессами).

5.Три этапа схематизации индикаторной диаграммы компрессора. Эквивалентные политропы процессов: сжатия; обратного расширения. Методы построения расчётных индикаторных диаграмм: аналитический; графический по способу Брауэра. Рекомендуемые значения величин «мёртвого» пространства цилиндра, потерь давления при всасывании и нагнетании, показателей политроп сжатия и обратного расширения, при построении расчётных индикаторных диаграмм. Первый расчётный режим поршневого холодильного компрессора, учитывающий экстремальные условия его работы.

6. Теоретический объём, описанный поршнями, массовая производительность и мощность теоретического поршневого компрессора. Определение среднего индикаторного давления по индикаторной диаграмме. Определение величины отношения давлений нагнетания и всасывания, соответствующей максимальному значению индикаторной работы. Второй расчётный режим поршневого холодильного компрессора, учитывающий экстремальные условия его работы.

7.Действительный поршневой компрессор и основные его отличия от идеального: наличие «мёртвого» (вредного) пространства в цилиндре; аэродинамические потери в клапанах (депрессии при всасывании и нагнетании); подогрев пара на участке от всасывающего патрубка до цилиндра; теплообмен в цилиндре в процессах всасывания и обратного расширения; перетечки рабочего тела через конструктивные зазоры. Действительная индикаторная диаграмма. Составляющие «мёртвого» пространства в цилиндре и их ориентировочная доля в процентах. Суть понятий: объёмное «мёртвое» пространство; линейное «мёртвое» пространство. Коэффициент подачи компрессора. Индикаторные объёмные коэффициенты (коэффициенты «видимых» объёмных потерь). Коэффициенты скрытых (не видимых) объёмных потерь.

8. Определение величины отношения давлений нагнетания и всасывания, соответствующей случаю нулевой подачи компрессора, в зависимости от величин: «мёртвого» пространства в цилиндре; показателя политропы обратного расширения; депрессии при нагнетании. Демонстрация в V – p диаграмме трансформации вида нормальной индикаторной диаграммы в виды, соответствующие случаям наступления нулевой подачи компрессора при: повышении давления нагнетания; понижении давления всасывания; увеличении «мёртвого» пространства в цилиндре. Измерение и регулирование линейного «мёртвого» пространства.

9.Условная величина – холодопроизводительность компрессора. Влияние температурного режима работы ПХМ на величину холодопроизводительности компрессора. Группы спецификационных (стандартизованных) температурных режимов. Пересчёт холодопроизводительности компрессора с одного температурного режима в другой.

10. Действительный поршневой компрессор и его индикаторная диаграмма. Разновидности мощности, рассматриваемые при анализе энергетических затрат действительного компрессора: индикаторная; изоэнтропная; трения; эффективная; подводимая к двигателю. Оценка энергетического совершенства работы компрессора с помощью энергетических коэффициентов полезного действия: индикаторного; механического; эффективного. Влияние эксплуатационных и конструктивных факторов на рабочие коэффициенты компрессора.

11. Характеристики поршневых компрессоров: по холодопроизводительности Q₀ = f(t₀) при t_к = constant; по эффективной мощности N_e = j(t₀) при t_к = constant. Расчётные уравнения и примеры безмасштабных построений семейств соответствующих характеристик для трёх значений температур конденсации t ¢ _к > t ¢¢ _к > t ¢¢¢ _к и двух значений частоты вращения коленчатого вала компрессора n ¢ > n ¢¢.

12. Составляющие суммарной свободной силы, действующей по оси цилиндра: сила от давления пара в цилиндре; сила инерции (первого и второго порядка) поступательно движущихся масс; сила трения поступательно движущихся частей. Определение массы поступательно движущихся частей. Примеры безмасштабных построений: расчётной индикаторной диаграммы, развёрнутой по углу поворота кривошипа, по методу Брикса; диаграммы суммарной свободной силы.

13. Классификация поршневых холодильных компрессоров по: величине холодопроизводительности; конструктивным признакам; функциональным признакам. Преимущества и недостатки прямоточного компрессора: сравнение показателей прямоточных и непрямоточных компрессоров. Основные принципы создания современных поршневых холодильных компрессоров.

14. Тепловые конструктивный и поверочный расчёты теплообменных аппаратов: задачи и порядок каждого расчёта. Формулирование исходных данных к выполнению расчётов. Основные уравнения: теплового баланса; теплопередачи. Средний температурный напор между средами по поверхности аппарата для случаев: прямотока, противотока, перекрёстного тока; конденсации, кипения. Графоаналитический метод расчёта плотности теплового потока аппаратов, в которых коэффициент теплоотдачи одной (или обеих сред) зависит от температурного напора «стенка-жидкость». Система трёх уравнений (каких?) – основа графоаналитического метода расчёта.

15. Назначение, устройство, принцип работы, особенности конструкций испарителей для охлаждения жидких хладоносителей. Исходные параметры и общая методика теплового конструктивного расчёта горизонтального кожухотрубного испарителя с кипением хладагента в межтрубном пространстве. Графоаналитический метод определения плотности теплового потока испарителя. Изменение результата графического решения для случаев учёта термических сопротивлений теплопередаче: материала стенки теплообменной трубки; загрязнений поверхности теплообменной трубки.

16. Назначение, устройство, принцип работы, особенности конструкции, исходные параметры и общая методика теплового конструктивного расчёта горизонтального кожухотрубного конденсатора. Графоаналитический метод определения плотности теплового потока конденсатора. Изменение результата графического решения для случаев учёта термических сопротивлений теплопередаче: материала стенки теплообменной трубки; загрязнений поверхности теплообменной трубки.

17. Схематический разрез конденсатора-испарителя каскадной ПХМ. Достоинства и недостатки в работе конденсатора-испарителя при кипении хладагента ВВК в: межтрубном пространстве; в теплообменных трубках. Назначение, устройство, принцип работы, особенности, исходные параметры и общая методика теплового конструктивного расчёта горизонтального кожухотрубного конденсатора-испарителя каскадной ПХМ. Графоаналитический метод определения плотности теплового потока конденсатора-испарителя.

18. Назначение, устройство, принцип работы, особенности теплообменников регенеративных. Исходные параметры и общая методика теплового конструктивного расчёта теплообменника регенеративного кожухозмеевикового типа. Особенности определения величины среднего температурного напора между средами по поверхности аппарата.

19. Назначение, устройство, принцип работы, особенности, исходные параметры и общая методика теплового конструктивного расчёта противоточного переохладителя, служащего для понижения температуры сконденсированного хладагента ниже температуры конденсации.

20. Интенсификация теплообмена в трубчатых теплообменных аппаратах. Обоснование выбора сторон(ы) теплообменной трубки для интенсификации теплообмена в случаях: α₁ > α₂; α₁ < α₂; α₁ ≈ α₂. Основные способы интенсификации конвективного теплообмена и целесообразность применения того или другого способа для конкретных условий. Схемы устройств для интенсификации теплоотдачи в каналах и методы их воздействия на поток тепло- или хладоносителя. Наиболее важные свойства тепло- и хладоносителей, определяющие интенсивность теплоотдачи в каналах. Требования, предъявляемые к тепло- и хладоносителям.

21. Констатация факта существования необратимых процессов – важная идея второго закона термодинамики. Выражение потери энергии в процессе необратимого теплообмена между двумя потоками. Назовите основные и вспомогательные аппараты одно-, двух-, трёхступенчатых и каскадных ПХМ, и процессы необратимого теплообмена в них.

22. Сравнение действительного цикла ПХМ с обратимым (внутренне и внешне). Условия построения (с демонстрацией в s – T диаграмме) эталонного цикла (цикла с минимальной работой или цикла-образца). Степень термодинамического совершенства циклов ПХМ – коэффициент обратимости η_обр. Рассмотрение и анализ необратимых потерь внутренне и внешне необратимых процессов по частям методом наращивания с последующим их суммированием и определением η_обр реального цикла ПХМ.

23. Цикл ПХМ с необратимым процессом теплообмена (внешняя необратимость) в испарителе. Определение общего изменения энтропии и увеличения работы (с демонстрацией в s – T диаграмме) в процессе теплообмена ИНТ с хладагентом. Изменение температуры какого источника тепла (ИВТ или ИНТ) сильнее влияет (докажите) на изменение значения холодильного коэффициента цикла ПХМ?

24. Цикл ПХМ с необратимым процессом теплообмена (внешняя необратимость) в конденсаторе. Определение общего изменения энтропии и увеличения работы (с демонстрацией в s – T диаграмме) в процессе теплообмена хладагента с ИВТ. Изменение температуры какого источника тепла (ИВТ или ИНТ) слабее влияет (докажите) на изменение значения холодильного цикла ПХМ?

25. Цикл ПХМ с необратимым процессом дросселирования (внутренняя необратимость) в регулирующем вентиле (РВ). Определение общего изменения энтропии и увеличения работы (с демонстрацией в s – T диаграмме) в процессе дросселирования в РВ. Практические меры снижения дополнительной затраты работы в цикле ПХМ вследствие внутренней необратимости: переохлаждение жидкого хладагента перед РВ; замена однократного дросселирования многократным в многоступенчатых ПХМ.

26. Методы сокращения необратимых потерь в циклах ПХМ. Сокращение необратимых потерь (то есть сокращение затрат энергии при отводе теплоты от источника с переменной температурой) за счёт ступенчатого охлаждения несколькими холодильными машинами.

27. Компрессоры: их назначение общепромышленное и в системе холодильных машин. Особенности условий работы холодильных компрессоров. Общая характеристика, устройство холодильных компрессоров объёмного принципа действия: поршневых; ротационных пластинчатых; ротационных с катящимся ротором; винтовых.

28. Геометрическая степень сжатия – постоянная характеристика ротационного пластинчатого компрессора (РПК). Эксцентриситет РПК, диапазон практических значений относительного эксцентриситета. Назначение: выточки в цилиндре РПК радиусом ротора; ограничительных (разгрузочных) колец. Три вида теоретического цикла РПК в зависимости от режимов работы: основной (оптимальный); с недожатием (внегеометрическое сжатие); с пережатием. Преимущества и недостатки РПК в сравнении с поршневым компрессором.

29. Устройство, принцип действия, области применения ротационных компрессоров с катящимся ротором (РККР). Производительность, потребляемая мощность и коэффициент полезного действия РККР. Радиус ротора, длина ротора (цилиндра), эксцентриситет – основные конструктивные размеры РККР. Выработанные практикой рациональные соотношения между основными конструктивными размерами для холодильных РККР.

30. Основные характеристики винтового компрессора (ВК): наружная степень сжатия; внутренняя степень сжатия; геометрическая степень сжатия. Геометрическая степень сжатия – постоянная характеристика ВК. Винтовые компрессоры сухого сжатия и маслозаполненные. Преимущества маслозаполненных ВК. Три вида теоретического цикла ВК в зависимости от режимов работы: основной (оптимальный); с недожатием (внегеометрическое сжатие); с пережатием. Преимущества и недостатки ВК в сравнении с поршневым компрессором.

31. ЗАДАЧИ и ПРИМЕРЫ по программе дисциплины.

ЛИТЕРАТУРА

(основная и дополнительная)

1. Холодильные машины: Учебник для студентов втузов спец-ти “Техника и физика низких температур”/А.В. Бараненко, Н.Н. Бухарин, В.И. Пекарев, Л.С. Тимофеевский; Под общ. ред. Л.С. Тимофеевского. – СПб.: Политехника, 2006. – 944 с.

2. Холодильные машины: Учебн. для втузов по специальности “Холодильные машины и установки” / Н.Н. Кошкин, И.А. Сакун, Е.М. Бамбушек и др.; Под общ. ред. И.А. Сакуна. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1985. – 510 с.

3. Тепловые и конструктивные расчёты холодильных машин: Учеб. пособие для вузов по специальности “Холодильные и компрессорные машины и установки” / Е.М. Бамбушек, Н.Н. Бухарин, Е.Д. Герасимов и др.; Под общ. ред. И.А. Сакуна. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1987. – 423 с.

4. Вайнштейн В.Д., Канторович В.И. Низкотемпературные холодильные установки. – М.: Пищевая пром-сть, 1972. – 352 с.

5. Пластинин П.И. Теория и расчёт поршневых компрессоров. – ВО «Агропромиздат», 1987. – 271 с.

6. Васильев В.Я. Методические указания к выполнению курсового проекта. – Астрахань: АГТУ, 2006. – 44 с.

7. Теплообменные аппараты, приборы автоматизации и испытания холодильных машин: Справочник. – Под ред. А.В. Быкова. – М.: Лёгкая и пищевая пром-сть, 1984. – 248 с.

8. Холодильные компрессоры: Справочник. – Под ред. А.В. Быкова. – М.: Лёгкая и пищевая пром-сть, 1981. – 280 с.

9. Теплообменные аппараты холодильных установок / Г.Н. Данилова, С.Н. Богданов, О.П. Иванов, и др.; Под общ. ред. Г.Н.Даниловой. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1986. – 303 с.

10. Михайлов А.К., Ворошилов В.П. Компрессорные машины: Учебник для вузов. – М.:Энергоатомиздат, 1989. – 288 с.

11. Винтовые компрессорные машины. Справочник. – Л.: Машиностроение (Ленингр. отд-ние), 1977. – 256 с.

12. Сакун И.А. Винтовые компрессоры. – М., - Л.: Гос. Науч.-техн. изд-во машиностр. Лит-ры, 1960. – 360 с.

Экзаменатор (лектор), д-р техн. наук, доцент В.Я. Васильев

05.01.2013