Termofysiikka ja teoreettinen lämpötekniikka Erikoiskaava: Fysikaalisille ja matemaattisille tieteille "Termofysiikka ja teoreettinen lämpötekniikka. Termofysiikka ja teoreettinen lämpötekniikka Erikoiskaava: Fysikaalisille ja matemaattisille tieteille “Termofysiikka ja teoriat

Erikoisuuskoodi: 01.04.14 Termofysiikka ja teoreettinen lämpötekniikka

Erikoisalan kuvaus: FYSIKAALISET JA MATEMATTISET TIETEET "Termofysiikka ja teoreettinen lämpötekniikka" on tieteenala, joka sisältää teoreettisia ja kokeellisia tutkimuksia aineiden ominaisuuksista nestemäisessä, kiinteässä ja kaasumaisessa tilassa kaikentyyppisten lämmön ja massasiirron läsnä ollessa koko alueella lämpötilojen ja paineiden magneettinen hydrodynamiikka, sähköä johtavien väliaineiden magneettinen hydrodynamiikka, epähomogeeniset aerodispersiot järjestelmät, matalan lämpötilan plasman termofysiikka, termofysikaalisten prosessien samankaltaisuuden teoria, teoreettinen ja tekninen termodynamiikka, teoria palamisen aikana heterogeenisissä järjestelmissä, numeerinen ja täysimittainen lämpöfysikaalisten prosessien mallinnus luonnossa, tekniikka ja koe, uusien lämpölaitteiden laskenta ja suunnittelu. - TEKNISET TIETEET Tieteellinen erikoisala, joka yhdistää aineiden termofysikaalisten ominaisuuksien, termodynaamisten prosessien, lämmön- ja massasiirtoprosessien tutkimuksen jatkuvassa ja harvennetussa, homogeenisessa ja heterogeenisessä väliaineessa. Lämpöfysiikan ja teoreettisen lämpötekniikan kokeellisilla ja teoreettisilla tutkimuksilla pyritään selvittämään yhteyksiä aineiden rakenteen ja niiden fenomenologisten ominaisuuksien välillä, perustelemaan menetelmiä termodynaamisten ja siirtoominaisuuksien laskentaan eri aggregaatiotiloissa, tunnistamaan massan, liikemäärän ja energian siirtymisen mekanismeja konvektion aikana. , säteily, monimutkainen lämmönsiirto ja fysikaaliset ja kemialliset muunnokset, lämmön ja massansiirron tehostamiseen ja lämpösuojaukseen liittyvien menetelmien perustelut ja testaus.

Opintolinja: FYSIKAALISET JA MATEMATTISET TIETEET
1. Perusteelliset, teoreettiset ja kokeelliset tutkimukset kiinteiden, nestemäisten ja kaasumaisten aineiden molekyyli- ja makroominaisuuksista lämpöprosessien aikana tapahtuvien ilmiöiden ja fysikaalisten järjestelmien kokonaismuutosten syvempää ymmärtämistä varten.
2. Suositusten tutkimus ja kehittäminen nestemäisten, kiinteiden (kiteisten ja amorfisten) aineiden laadun parantamiseksi ja termofysikaalisten ominaisuuksien parantamiseksi myöhempään kansantalouden käyttöön - TEKNISET TIEDOT
1. Puhtaiden aineiden ja niiden seosten termodynaamisten ja kuljetusominaisuuksien kokeelliset tutkimukset useilla eri tilaparametreilla.
2. Aineiden lämpöfysikaalisten ominaisuuksien analyyttiset ja numeeriset tutkimukset eri aggregaatiotiloissa.
3. Termodynaamisten prosessien ja syklien tutkimus energian tuotanto- ja muunnoslaitteistojen osalta.
4. Kokeelliset ja teoreettiset tutkimukset voimakkaiden energiavirtojen vuorovaikutusprosesseista aineen kanssa.
5. Yksivaiheisen, vapaan ja pakotetun konvektion kokeelliset ja teoreettiset tutkimukset erilaisissa jäähdytysnesteen ominaisuuksissa, järjestelyissä ja lämmönsiirtopintojen geometrisissa parametreissa.
6. Kokeelliset tutkimukset, massan, liikemäärän ja energian siirtoprosessien fysikaalinen ja numeerinen mallintaminen monivaiheisissa järjestelmissä ja vaihemuunnosten aikana.
7. Lämmön ja massan yhteissiirtoprosessien kokeelliset ja teoreettiset tutkimukset binääri- ja monikomponenttiseoksissa, mukaan lukien kemiallisesti reagoivat seokset.
8. Menetelmien kehittäminen säteilylämmönsiirron tutkimiseen ja laskemiseen läpinäkyvissä ja absorboivissa väliaineissa.
9. Tieteellisten perusteiden kehittäminen ja menetelmien luominen lämmön ja massan siirtoprosessien sekä lämpösuojauksen tehostamiseksi.

Huomautus: Tieteellisellä erikoisalalla ei oteta huomioon työtä, jonka tavoitteena on laitteiden ja primäärimuuntimien luominen aineiden termofysikaalisten ominaisuuksien ja lämmön- ja massasiirtoprosessien kokeellisiin tutkimuksiin sekä lämmön- ja massanvaihtolaitteiden teknisten kaavioiden ja suunnitelmien optimointiin.

Tieteen alat:
tekniset tieteet (järjestelmien, laitteiden, instrumenttien, teknisten prosessien kehittämiseen ja uuden kehityksen soveltamiseen kansantaloudessa),
fyysiset ja matemaattiset tieteet (perusluonteiseen teoreettiseen ja kokeelliseen tutkimukseen (tieteellinen perustutkimus)).

Erikoisuuskoodi: 01.04.14 Termofysiikka ja teoreettinen lämpötekniikka

Erikoisalan kuvaus: FYSIKAALISET JA MATEMATTISET TIETEET "Termofysiikka ja teoreettinen lämpötekniikka" on tieteenala, joka sisältää teoreettisia ja kokeellisia tutkimuksia aineiden ominaisuuksista nestemäisessä, kiinteässä ja kaasumaisessa tilassa kaikentyyppisten lämmön ja massasiirron läsnä ollessa koko alueella lämpötilojen ja paineiden magneettinen hydrodynamiikka, sähköä johtavien väliaineiden magneettinen hydrodynamiikka, epähomogeeniset aerodispersiot järjestelmät, matalan lämpötilan plasman termofysiikka, termofysikaalisten prosessien samankaltaisuuden teoria, teoreettinen ja tekninen termodynamiikka, teoria palamisen aikana heterogeenisissä järjestelmissä, numeerinen ja täysimittainen lämpöfysikaalisten prosessien mallinnus luonnossa, tekniikka ja koe, uusien lämpölaitteiden laskenta ja suunnittelu. - TEKNISET TIETEET Tieteellinen erikoisala, joka yhdistää aineiden termofysikaalisten ominaisuuksien, termodynaamisten prosessien, lämmön- ja massasiirtoprosessien tutkimuksen jatkuvassa ja harvennetussa, homogeenisessa ja heterogeenisessä väliaineessa. Lämpöfysiikan ja teoreettisen lämpötekniikan kokeellisilla ja teoreettisilla tutkimuksilla pyritään selvittämään yhteyksiä aineiden rakenteen ja niiden fenomenologisten ominaisuuksien välillä, perustelemaan menetelmiä termodynaamisten ja siirtoominaisuuksien laskentaan eri aggregaatiotiloissa, tunnistamaan massan, liikemäärän ja energian siirtymisen mekanismeja konvektion aikana. , säteily, monimutkainen lämmönsiirto ja fysikaaliset ja kemialliset muunnokset, lämmön ja massansiirron tehostamiseen ja lämpösuojaukseen liittyvien menetelmien perustelut ja testaus.

Opintolinja: FYSIKAALISET JA MATEMATTISET TIETEET
1. Perusteelliset, teoreettiset ja kokeelliset tutkimukset kiinteiden, nestemäisten ja kaasumaisten aineiden molekyyli- ja makroominaisuuksista lämpöprosessien aikana tapahtuvien ilmiöiden ja fysikaalisten järjestelmien kokonaismuutosten syvempää ymmärtämistä varten.
2. Suositusten tutkimus ja kehittäminen nestemäisten, kiinteiden (kiteisten ja amorfisten) aineiden laadun parantamiseksi ja termofysikaalisten ominaisuuksien parantamiseksi myöhempään kansantalouden käyttöön - TEKNISET TIEDOT
1. Puhtaiden aineiden ja niiden seosten termodynaamisten ja kuljetusominaisuuksien kokeelliset tutkimukset useilla eri tilaparametreilla.
2. Aineiden lämpöfysikaalisten ominaisuuksien analyyttiset ja numeeriset tutkimukset eri aggregaatiotiloissa.
3. Termodynaamisten prosessien ja syklien tutkimus energian tuotanto- ja muunnoslaitteistojen osalta.
4. Kokeelliset ja teoreettiset tutkimukset voimakkaiden energiavirtojen vuorovaikutusprosesseista aineen kanssa.
5. Yksivaiheisen, vapaan ja pakotetun konvektion kokeelliset ja teoreettiset tutkimukset erilaisissa jäähdytysnesteen ominaisuuksissa, järjestelyissä ja lämmönsiirtopintojen geometrisissa parametreissa.
6. Kokeelliset tutkimukset, massan, liikemäärän ja energian siirtoprosessien fysikaalinen ja numeerinen mallintaminen monivaiheisissa järjestelmissä ja vaihemuunnosten aikana.
7. Lämmön ja massan yhteissiirtoprosessien kokeelliset ja teoreettiset tutkimukset binääri- ja monikomponenttiseoksissa, mukaan lukien kemiallisesti reagoivat seokset.
8. Menetelmien kehittäminen säteilylämmönsiirron tutkimiseen ja laskemiseen läpinäkyvissä ja absorboivissa väliaineissa.
9. Tieteellisten perusteiden kehittäminen ja menetelmien luominen lämmön ja massan siirtoprosessien sekä lämpösuojauksen tehostamiseksi.

Huomautus: Tieteellisellä erikoisalalla ei oteta huomioon työtä, jonka tavoitteena on laitteiden ja primäärimuuntimien luominen aineiden termofysikaalisten ominaisuuksien ja lämmön- ja massasiirtoprosessien kokeellisiin tutkimuksiin sekä lämmön- ja massanvaihtolaitteiden teknisten kaavioiden ja suunnitelmien optimointiin.

Tieteen alat:
tekniset tieteet (järjestelmien, laitteiden, instrumenttien, teknisten prosessien kehittämiseen ja uuden kehityksen soveltamiseen kansantaloudessa),
fyysiset ja matemaattiset tieteet (perusluonteiseen teoreettiseen ja kokeelliseen tutkimukseen (tieteellinen perustutkimus)).

Johdanto

Tämä ohjelma perustuu seuraaviin fysiikan osiin: termodynamiikka ja tilastollinen fysiikka; epätasapainoprosessien teoria; kaasujen ja plasman fysiikka, faasimuutokset, kiinteän olomuodon fysiikka.

Ohjelman on kehittänyt Venäjän federaation opetus- ja tiedeministeriön fysiikan korkeamman todistuskomitean asiantuntijaneuvosto, johon osallistui Moskovan valtion alueyliopisto.

1. Termodynamiikka ja tilastollinen fysiikka

Termodynamiikan lait. Termodynaamiset toiminnot. Termodynaamiset epätasa-arvot. Gibbsin jakelu. Haje. Entropian kasvun lain tilastollinen perustelu. Gibbsin jakauma järjestelmille, joissa on vaihteleva määrä hiukkasia. Tilastollinen kuvaus ihanteellisesta kaasusta. Boltzmannin jakelu. Kaksiatomisen kaasun termodynaamiset ominaisuudet, joissa on identtisiä ja erilaisia ​​atomeja. Tasajakauman laki. Ihanteellisen kaasun kvanttitilastot. Bosen jakelu. Bosen kondensaatiota. Mustan säteilyn termodynamiikka. Fermi jakelu. Degeneroituneen Fermi-kaasun lämpökapasiteetti. Kemiallisen tasapainon tila. Massatoiminnan laki. Reaktion lämpö. Terminen dissosiaatio, ionisaatio, viritys. Ei-ideaaliset kaasut. Laajeneminen tiheysasteina. Viraaliset kertoimet. Ensimmäisen ja toisen kertaluvun vaihesiirrot. Landaun termodynaaminen teoria toisen asteen faasisiirtymistä. Fluktuaatioteoria. Gaussin jakauma. Termodynaamisten perussuureiden vaihtelut. Poissonin kaava. Vaihtelun korrelaatio. Vaihtelut kriittisessä pisteessä. Ajanvaihteluiden korrelaatio. Pintatermodynamiikka. Pintajännitys ja pintapaine. Pintafaasin ja kaasun välinen tasapaino. Ydinmuodostuksen teoria ensimmäisen asteen faasisiirtymien aikana.

2. Epätasapainoprosessien teoria

Kuljetusyhtälöt, irreversiibelien ilmiöiden termodynamiikan perusteet. Onsagerin kineettisten kertoimien symmetriasuhde. Epätasapainoisen termodynamiikan menetelmien soveltaminen ilmiöihin jatkuvassa väliaineessa, joissa esiintyy samanaikaisesti erilaisia ​​prosesseja: diffuusio, lämmönjohtavuus, viskositeetti, kemialliset reaktiot. Boltzmannin kineettinen yhtälö. N- lause. Boltzmannin yhtälön johtaminen hiukkaslukutasapainon perusteella. Ideoita Chapman-Enskyn ja Gradin menetelmästä. Hydrodynaamisten yhtälöiden johtaminen Boltzmannin yhtälöistä. Kineettisten kertoimien laskeminen. Kemiallisten reaktioiden ja sisäisten vapausasteiden vaikutus kuljetusilmiöihin. Satunnaiset kävelyt ja Brownin liike. Langevinin yhtälö. Fokker-Planck yhtälö. Rentoutumisen ilmiöt. Kineettinen perusyhtälö. Värähtelevä rentoutus. Pyörivä rentoutus. Dissosiaatio- ja ionisaation kinetiikka. Kaasu laserit. Törmäysmekanismit väestön inversion luomiseksi. Äänen leviäminen kaasussa, äänen hajoaminen ja vaimennus. Toinen viskositeetti. Shokkiaallot. Säilytyslainsäädäntö shokkiaaltorintamalla. Shock adiabat. Iskuaallon rakenne kaasuissa. Kaasu vuotaa suuttimen läpi.

3. Kaasujen ja plasman fysiikka

Molekyylien vuorovaikutus. Tietolähteet molekyylien välisistä voimista. Erilaiset molekyylien välisten voimien komponentit. Mahdolliset molekyylien välisten vuorovaikutusten toiminnot. Elastiset ja joustamattomat törmäykset. Ihanteellisen kaasun tilayhtälö. Van der Waalsin yhtälö. Vastaavien tilojen laki, termodynaaminen samankaltaisuus. Lämpökapasiteetti. Kokoonpuristuvuus. Joule-Thompson-efekti. Termodynaamisten suureiden mittausmenetelmät. Kuljetusilmiö kaasuissa. Viskositeetti. Lämmönjohtokyky. Diffuusio. Lämpö diffuusio. Lähellä seinää olevat ilmiöt kohtalaisen harvinaisessa kaasussa. Lämpömolekyylipaineen ero. Kineettiset ilmiöt erittäin harvinaisessa kaasussa (Knudsen-kaasu). Menetelmät siirtymäilmiöiden tutkimiseen. Menetelmät ultramatalien ja korkeiden paineiden saamiseksi. Diffuusiomenetelmät isotooppien erottamiseen. Alhaisen lämpötilan plasma. Debye-säde. Ionisaatiotasapaino. Sakha kaava. Ionisaatiokinetiikka. Kuljetusilmiö plasmassa. Plasmasäteily.

4. Nesteiden fysiikka

Nesteen rakenne. Radiaalinen jakautumisfunktio. Nesteiden rakenteen tutkimus röntgensironnolla. Nesteiden ja tiheiden kaasujen tilayhtälöt. Tiheys, kokoonpuristuvuus, lämpökapasiteetti. Nesteiden tilastollinen teoria. Osajakaumafunktiot, integraaliyhtälöiden menetelmät. Malli teorioita. Tietokonemallinnus. Kuljetuksen ja rentoutumisen ilmiö nesteessä. Viskositeetti, lämmönjohtavuus, diffuusio ja itsediffuusio. Vastus ja lämmönsiirto laminaarivirrassa. Konvektiivinen lämmönsiirto. Pyörteinen liike ja turbulentti lämmönsiirto. Vastustuksen kriisi. Turbulenssimallit. Kaasun, nesteen ja plasman turbulenttien ilmiöiden laskentamenetelmät. Säteilevä lämmönsiirto ja säteilykaasudynamiikka. Nesteiden lämpöliikkeen tutkimus valon ja hitaiden neutronien sironnan avulla. Tila-aika-korrelaatiofunktio. Pinta-ilmiöt. Pintajännitys, kostutus. Osmoottinen paine. Eksoottiset nesteet, nestekiteet, nestemäiset metallit. Kvantti nesteet. Heliumin superfluiditeetti.

5. Vaiheensiirrot

Tilakaaviot. Edellytykset faasitasapainolle. Clapeyron-Clausiuksen laki. Kriittinen piste ja järjestelmän fysikaaliset ominaisuudet kriittisen pisteen läheisyydessä. Kriittisten indikaattoreiden väliset suhteet. Kokeelliset menetelmät kriittisten olosuhteiden tutkimiseen. Termostointimenetelmät ja alhaisten lämpötilojen saavuttaminen. Kiehuva. Kiehuva kriisi. Laskentamenetelmät. Metastabiilit tilat. Ylikuumeneminen, hypotermia. Kyllästetyn höyryn paine liuoksen yläpuolella. Sulaminen, kiteytyminen. Sublimaatio ja sublimaatio. Lämmönsiirto ja vastus monivaiheisissa väliaineissa.

6. Kiinteän olomuodon fysiikka

Kiinteiden aineiden rakenne: kiteiset ja amorfiset kiinteät aineet. Kiteen spatiaalinen hila. Käännössymmetria. Kiteiden viat: pistevauriot ja sijoiltaan siirtymät. Hilavärähtely, hilavärähtelyjen spektritiheys. Anharmonisuus ja lämpölaajeneminen. Kiteiden lämpökapasiteetti. Einsteinin ja Debyen mallit. Kiteiden elektroniset tilat. Ilmaiset elektronimallit. Kiteiden energiaspektrin nauharakenne. Johtimet, puolijohteet ja eristeet. Elektroninen lämpökapasiteetti. Kiinteiden aineiden termodynamiikka. Kiinteiden aineiden tilan yhtälö. Termoelastisten ominaisuuksien termodynaaminen kuvaus. Kiinteiden aineiden lämmönjohtavuus ja viskositeetti. Kiinteiden aineiden lämmönjohtavuuden yhtälö, kiteiden lämmönjohtavuus. Lämmönjohtavuuden mekanismit eristeissä ja metalleissa. Viskositeetti ja sen ilmeneminen äänen absorption aikana kiinteissä aineissa. Molekyylien vuorovaikutus kiinteän kappaleen pinnan kanssa. Adsorptio ja kemisorptio. Monomolekulaarinen ja polymolekyylinen adsorptio.

Kirjallisuus

Landau L.D., Lifshits E.M. Tilastollinen fysiikka. M.: Nauka, 2001. Kvasnikov I.A. Tasapainojärjestelmien teoria. T. 1: Termodynamiikka; T. 2: Tilastollinen fysiikka. M.: Kustantaja URSS, 2002. Rumer Yu.B., Ryvkin M.Sh. Termodynamiikka, tilastollinen fysiikka ja kinetiikka. Novosibirsk: NSU Publishing House, 2000. Ishihara A. Tilastollinen fysiikka. M.: Mir, 1973. Silin V.P. Johdatus kaasujen kineettiseen teoriaan. M.: Kustantaja FI AN, 1998. Girshfelder J., Curtiss Ch., Bird R. Kaasujen ja nesteiden molekyyliteoria. L.; M., 1961. Stupochenko E., Losev S.A., Osipov A.I. Rentoutumisprosessit shokkiaalloissa. M., 1965. Gordiev B.F., Osipov A.I., Shelepin L.A. Kineettiset prosessit kaasuissa ja molekyylilasereissa. M.: Nauka, 1980. Yksinkertaisten nesteiden fysiikka: la. M.: Mir, 1971. Stanley G. Vaihesiirtymät ja kineettiset ilmiöt. M.: Mir, 1973. Raiser Yu.P. Kaasunpurkauksen fysiikka. M.: Nauka, 1992. Landau L.D., Lifshits E.M. Hydrodynamiikka. M.: Nauka, 1986. Loytsyansky L.G. Nesteen ja kaasun mekaniikka. M.: Nauka, 1973.

Venäjän federaation opetus- ja tiedeministeriö

MINIMIOHJELMA

erikoisalan ehdokaskoe

01.04.14 "Termofysiikka ja teoreettinen lämpötekniikka"

teknisissä tieteissä

Minimi ohjelma

sisältää 8 sivua.

Johdanto

Tämä ohjelma perustuu seuraaviin tieteenaloihin: aineiden termofysikaaliset ominaisuudet, termodynaamiset prosessit, lämmön ja massan siirtoprosessit jatkuvassa ja harvennetussa homogeenisessa ja heterogeenisessä väliaineessa. Ohjelman kehitti Energian, sähköistyksen ja energiatekniikan korkeamman sertifiointitoimikunnan asiantuntijaneuvosto, johon osallistui Venäjän tiedeakatemian yhteisinstituutti korkean lämpötilan laitokselta.

    Termodynamiikka

Termodynamiikka ja sen menetelmä. Tilan parametrit. Termodynaamisen prosessin käsite. Ihanteellinen kaasu. Ihanteelliset kaasulakit. Ihanteellisten kaasujen seokset.

Termodynamiikan ensimmäinen pääsääntö. Lämpö. Joulen kokeilu. Lämmön ja työn vastaavuus. Energian säilymisen ja muuntamisen laki. Sisäinen energia ja ulkoinen työ. Entalpia. Yleistetyt voimat ja yleiset koordinaatit. Termodynamiikan ensimmäisen lain yhtälö.

Termodynamiikan toinen pääsääntö. Pyörät. Lämpötehokkuuden käsite. Lämmön lähteet. Palautuvat ja peruuttamattomat prosessit. Termodynamiikan toisen pääsäännön muotoilu. Carnot sykli. Carnot'n lause. Termodynaaminen lämpötila-asteikko. Haje. Entropian muutos peruuttamattomissa prosesseissa. Termodynamiikan ensimmäisen ja toisen lain yhdistetty yhtälö. Entropia ja termodynaaminen todennäköisyys.

Termodynamiikan differentiaaliyhtälöt. Termodynamiikan matemaattiset perusmenetelmät. Maxwellin yhtälö. Sisäisen energian ja entalpian osittaiset derivaatat. Lämpökapasiteetit.

Termodynaamisten järjestelmien tasapaino ja faasisiirtymät. Homogeeniset ja heterogeeniset termodynaamiset järjestelmät. Termodynaaminen tasapaino. Edellytykset faasitasapainolle. Vaiheen siirtymät. Clapeyron-Clausius yhtälö. Vaiheensiirrot kaarevilla rajapinnoilla.

Aineiden termodynaamiset ominaisuudet. Nesteiden lämpö- ja kaloriominaisuudet. Kriittinen piste. Van der Waalsin yhtälö. Oikeiden kaasujen ja kostean ilman lämpö- ja kaloriominaisuudet. Todellisten kaasujen tilayhtälö. Aineiden termodynaamiset ominaisuudet faasimuutosviivalla ja kriittisessä pisteessä. Aineen termodynaamiset ominaisuudet metastabiilissa tilassa.

Termodynaamiset perusprosessit. Isokoorinen prosessi. Isobaarinen prosessi. Isoterminen prosessi. Polytrooppiset prosessit. Kuristus, Joule-Thompson-efekti. Todellisen kaasun adiabaattinen laajeneminen tyhjiöön (Joule-prosessi). Sekoitusprosessi. Puristusprosessit kompressorissa.

Kaasujen ja nesteiden ulosvirtausprosessit. Jarrutusparametrit. Suutin, diffuusori. Kokonaispaine ja staattinen paine. Bernoullin yhtälö. Machin numero. Adiabaattinen eksponentti.

Termodynaamiset syklit. Lämpötehokkuus. Exergia. Carnot, Otto, Diesel, Brayton, Rankine pyörät. Lämmön talteenotto kierrossa.

Jäähdytysjaksot. Käänteiset lämpösyklit ja prosessit. Jäähdytysyksiköt. Ilman jäähdytyskierto. Höyrypuristusjäähdytyssykli. Höyryejektorin jäähdytysyksikön kierto. Absorptiojäähdytyssyklin käsite. Termosähköinen jäähdytyssykli. Lämpöpumpun toimintaperiaate. Kaasun nesteytysmenetelmät.

Kemiallisen termodynamiikan perusteet. Termokemia. Hessin laki. Kirchhoffin yhtälöt. Kemiallinen tasapaino ja termodynamiikan toinen pääsääntö. Tasapainovakiot ja dissosiaatioaste. Nernstin lämpölaki.

    Lämmön ja massan siirto

Lämmönjohtokyky. Energiansäästöyhtälö, Fourier'n laki, rajaehdot lämmönjohtavuusongelmille. Aineiden lämmönjohtavuuden mekanismi kiinteässä (kiteisessä ja amorfisessa), nestemäisessä ja kaasumaisessa tilassa. Lämmönjohtavuus tasaisen seinän läpi. Bio numero. Lämmönsiirtokerroin. Lämmönjohtavuus sylinterimäisen seinän läpi, kriittinen eristeen halkaisija. Epävakaa lämpötilakenttä tasaisessa levyssä, tavallinen kappaleiden jäähdytys (lämmitys). Menetelmä ratkaisujen kertomiseen.

Konvektiivinen lämmönsiirto yksikomponenttisessa väliaineessa. Massan, liikemäärän ja energian säilymisen yhtälöt jatkuvassa väliaineessa. Empiiriset kuljetuksen lait (Newton, Fourier, Fick). Yhtälöiden pelkistäminen dimensiottomaan muotoon, samankaltaisuuskriteerit. Konvektiivisen lämmön ja massansiirron samankaltaisuuslukujen fyysinen merkitys. Kolminkertainen analogia.

Lämmönsiirto kehon ympärillä olevan ulkoisen virtauksen aikana. Termisen rajakerroksen yhtälöjärjestelmä. Lämmönsiirron analyysi rajakerroksen laminaarivirtauksen aikana mittamenetelmillä. Pohlhausenin itsekaltainen ratkaisu. Relaatiot lämmönsiirron laskemiseen eri Prandtl-luvuilla. Rajakerroksen ehdollinen paksuus. Liikemäärän ja energian integraaliyhtälöt.

Laminaarivirtauksen siirtyminen pyörteiseen virtaukseen, vapaan virtauksen parametrien, massavoimien ja virtaviivaistetun pinnan ominaisuuksien vaikutus turbulenttiseen siirtymiseen. Laminaarista turbulenssivirtaukseen siirtymisen teoreettiset ja kokeelliset näkökohdat. Keskimääräiset liike- ja energiayhtälöt turbulenttiselle virtaukselle. Näennäiset turbulentit kitkajännitykset, turbulenttinen lämpövirta. Lähellä seinää olevan myrskyisän alueen rakenne. Reynoldsin analogia lämmönsiirrosta pyörteisen virtauksen aikana rajakerroksessa, sen modernisoitu versio (kaksikerroksinen malli), laskettu suhteet lämmönsiirrolle. Konvektiivinen lämmönsiirto suurilla virtausnopeuksilla. Adiabaattinen seinän lämpötila, talteenottokerroin, lämmönsiirron laskentamenetelmät. Lämmönsiirto läpäisevällä pinnalla. Lämmönsiirto poikittaisvirtauksessa yhden sylinterin ja putkinippujen ympärillä.

Lämmönsiirto nesteen virtauksen aikana kanavissa. Matemaattinen kuvaus, keskimääräinen massanopeus ja lämpötila. Stabiloitu lämmönsiirto 2. tyypin reunaolosuhteissa. Nopeuden, lämpötilan, lämpövirran profiilit laminaari- ja turbulenttisessa virtauksessa, Lyonin integraali. Lämmönsiirto laminaarinesteen virtauksen aikana pyöreän putken alkuperäisessä lämpöosassa. Ensimmäinen hydrodynaaminen osa. Stabiloitu lämmönsiirto laminaarivirtauksessa. Stabiloitu lämmönsiirto turbulentissa virtauksessa, tutkimustuloksia ei-metallisten nesteiden ja nestemäisten metallien osalta, laskentakaavat. Nesteen ominaisuuksien vaihtelun vaikutus lämmönsiirtoon neste- ja kaasupisaroiden virtauksen aikana putkissa.

Lämmönsiirto vapaassa konvektiossa. Mekanismi ja matemaattinen kuvaus, Boussinesq-approksimaatio. Rajakerroksen kehittäminen pystysuoralle tasaiselle pinnalle, lämmönsiirtokertoimen laskeminen. Vapaa konvektio vaakasuoran sylinterin ja pallon pinnalla. Vapaa konvektio suljetuissa tilavuuksissa; lämmönsiirto välikerroksen läpi.

Lämmönsiirto vaihemuutosten aikana. Kaksivaiheisen median matemaattinen kuvaus ja mallit. Yleiset yhteensopivuusehdot faasien välisillä rajoilla. Erityiset yhteensopivuusehdot lämmön- ja massansiirtoprosesseille. Epätasapaino faasien välisillä rajoilla, kvasi-tasapainon approksimaatio.

Kalvo- ja pisarakondensaatio. Lämmönsiirto kalvon kondensoituessa pystypinnalle: Nusselt-liuos, perusoletusten analyysi. Kondensaatiota vaakasuoran sylinterin pinnalle. Liikkuvan höyryn kondensoituminen. Pisaroiden tiivistymisen laadulliset mallit.

Nesteiden keittäminen. Höyryytimen ytimen muodostumisen olosuhteet tulistetun nesteen tilavuudessa ja kiinteällä lämmityspinnalla. Höyrykuplien kasvun ja erottumisen perusmallit. "Kiehumiskäyrä". Lämmönsiirto ytimen kiehumisen aikana suuressa tilavuudessa, lämmönsiirto kalvon kiehumisen aikana. Suuri määrä kiehumiskriisejä.

Kaksivaiheisten virtausten virtausjärjestelmät putkissa. Nesteen keskimääräisen massalämpötilan, seinämän lämpötilan ja kulutusmassan höyrypitoisuuden muutosten luonne lämmitettävän kanavan pituudella. Kyllästyslämpötilaan alilämmitetyn nesteen keittäminen. Lämmönsiirtokriisi putkissa kiehumisen aikana.

Yhdistetyt lämmön ja massan siirtoprosessit. Massa- ja energiansiirtoprosessien yleiset ominaisuudet. Seoksen koostumus, diffuusiovirtaukset, diffuusiokerroin. Energian ja liikemäärän siirto seoksissa.

Lämmön- ja massasiirtoprosessien analogia. Komponentin energian ja massansiirron intensiteetin laskeminen kohtalaisilla ja suurilla massansiirtonopeuksilla.

Lämmön ja massan siirto kemiallisten muutosten aikana. Diffuusio, johon liittyy homogeeninen tai heterogeeninen kemiallinen reaktio. Prosessit kehon pinnalla, jota yliäänikaasuvirta lennättää.

Korkean lämpötilan kaasuvirran ympärillä virtaavan kappaleen pinnan sublimaatio. Majoituskerroin. Sublimaationopeuden riippuvuus kehon pintalämpötilasta.

Kemiallisesti aktiivisen kaasun korkean lämpötilan virtauksen ympäri lentävän kappaleen lämpöhajoaminen.

Kemiallinen vuorovaikutus korkean lämpötilan kaasuvirran ympärillä virtaavan kappaleen pinnalla.

Komposiittimateriaalien tuhoaminen korkean lämpötilan kaasuvirrassa. Palamis- ja haihtumisprosessien vuorovaikutus.

Lämmönsiirto säteilyn avulla. Säteilyn peruskäsitteet ja lait. Säteilyn luonne. Integraali- ja spektrisäteilyvuon tiheydet. Kehon absorboivat, heijastavat ja välittävät kyvyt. Ehdottomasti musta runko.

Lämpösäteilyn lait (Planck, Wien, Stefan-Boltzmann, Kirchhoff, Lambert). Säteily todellisista ruumiista. Oikeiden materiaalien säteilyominaisuudet.

Lämmönsiirto säteilyllä diatermisessä ympäristössä. Säteilyn geometria (paikalliset ja keskimääräiset kulmakertoimet). Vyöhykemenetelmä lämmönsiirron laskemiseen läpinäkyvän väliaineen erottamien kappaleiden järjestelmässä.

Lämmönsiirto säteilyn avulla absorboivissa ja säteilevissä väliaineissa. Emissio ja absorptio kaasuissa. Säteilyenergian siirtymisen peruslaki säteilyä absorboivassa väliaineessa. Kaasun luonnollinen säteily. Lämmönsiirron laskentamenetelmät.

    Lämmönvaihtimien ja lämpösuojalaitteiden laskennan perusteet

Nykyaikaiset lämmönvaihtojärjestelmät: lämpövoimalaitosten höyrygeneraattorit, ydinvoimareaktorit, rakettimoottoreiden polttokammiot, lämpöydinreaktoripeite. Lämmönvaihtimet: palautuvat, regeneratiiviset, sekoitus.

Lämmötasapainon ja lämmönsiirron yhtälöt. Keskimääräinen lämpötilaero. Lämmönvaihtopinnan laskenta, jäähdytysnesteiden loppulämpötila. Lämmönvaihtimien hydraulisen laskennan perusteet. Jäähdytysnesteiden pumppaamiseen käytetyn tehon määrittäminen.

Lämpösuojauksen keinojen ja menetelmien valinnan ominaisuudet. Lämpösuojausmenetelmät konvektiivista ja yhdistettyä (konvektio-säteily) lämmitystä vastaan.

Läpäisevä jäähdytys. Puhallusefekti. Lämmönvaihto huokoisen matriisin ja suodatetun jäähdytysnesteen välillä.

Pääkirjallisuus

1. Lämmön ja massansiirron teoria. /Toim. A.I. Leontjev. –M.: MSTU:n kustantamo nimetty. N.E. Bauman, 1997.

2. Kirillin V.A., Sychev V.V., Sheindlin A.E. Tekninen termodynamiikka. 4. painos. M.: Energoatomizdat, 1983.

3. Tsvetkov F.F., Grigorjev B.A. Lämmön ja massan siirto. Oppikirja yliopistoille. –M.: Kustantaja MPEI (TU), 2001.

4. Sychev V.V. Termodynamiikan differentiaaliyhtälöt. 2. painos. –M.: Korkeakoulu, 1991.

5. Lämpövoimatekniikka ja lämpötekniikka (viitesarja). Kirja kaksi. Lämpötekniikan teoreettiset perusteet. Lämpötekninen kokeilu. M.: Kustantaja MPEI, 2001.

lisäkirjallisuutta

1. Teoreettinen mekaniikka. Termodynamiikka. Lämmönvaihto. /Tietosanakirja. Mekaaninen suunnittelu. T. 1-2 /Yleinen. Ed. K.K. Kolesnikova, A.I. Leontjev. M.: Konetekniikka, 1999. –600 s.

Termofysiikka ja teoreettinen lämpötekniikka

Erikoiskaava:

Fysikaalisille ja matemaattisille tieteille "Termofysiikka ja teoreettinen lämpötekniikka" on tieteenala, joka sisältää teoreettisia ja kokeellisia tutkimuksia aineiden ominaisuuksista nestemäisessä, kiinteässä ja kaasumaisessa tilassa kaikentyyppisten lämmön ja massasiirron läsnä ollessa koko alueella. lämpötila- ja painealueet, sähköä johtavien väliaineiden magneettinen hydrodynamiikka, epähomogeeniset aerodispersiset järjestelmät, matalan lämpötilan plasman termofysiikka, termofysikaalisten prosessien samankaltaisuuden teoria, teoreettinen ja tekninen termodynamiikka, teoria faasimuutosten palamisen aikana heterogeenisissä järjestelmissä, numeeriset ja täys- Luonnon lämpöfysikaalisten prosessien mittakaavamallinnus, teknologia ja kokeilu, uusien lämpölaitteiden laskenta ja suunnittelu.

Teknisille tieteille tieteellinen erikoisala, joka yhdistää aineiden termofysikaalisten ominaisuuksien, termodynaamisten prosessien, lämmön- ja massasiirtoprosessien tutkimuksen jatkuvassa ja harvennetussa, homogeenisessa ja heterogeenisessä väliaineessa. Lämpöfysiikan ja teoreettisen lämpötekniikan kokeellisilla ja teoreettisilla tutkimuksilla pyritään selvittämään yhteyksiä aineiden rakenteen ja niiden fenomenologisten ominaisuuksien välillä, perustelemaan menetelmiä termodynaamisten ja siirtoominaisuuksien laskentaan eri aggregaatiotiloissa, tunnistamaan massan, liikemäärän ja energian siirtymisen mekanismeja konvektion aikana. , säteily, monimutkainen lämmönsiirto ja fysikaaliset ja kemialliset muunnokset, lämmön ja massansiirron tehostamiseen ja lämpösuojaukseen liittyvien menetelmien perustelut ja testaus.

Tutkimusalueet:

Fysikaalisille ja matemaattisille tieteille:

  1. Perusteellisia, teoreettisia ja kokeellisia tutkimuksia kiinteiden, nestemäisten ja kaasumaisten aineiden molekyyli- ja makroominaisuuksista lämpöprosessien aikana tapahtuvien ilmiöiden ja fysikaalisten järjestelmien kokonaismuutosten syvempää ymmärtämistä varten.
  2. Suositusten tutkimus ja kehittäminen nestemäisten, kiinteiden (kiteisten ja amorfisten) aineiden laadun ja lämpöfysikaalisten ominaisuuksien parantamiseksi myöhempää käyttöä varten kansantaloudessa - Teknisille tieteille:
  1. Puhtaiden aineiden ja niiden seosten termodynaamisten ja kuljetusominaisuuksien kokeelliset tutkimukset useilla eri tilaparametreilla.
  2. Aineiden lämpöfysikaalisten ominaisuuksien analyyttiset ja numeeriset tutkimukset eri aggregaatiotiloissa.
  3. Termodynaamisten prosessien ja syklien tutkimus suhteessa energian tuotanto- ja muunnoslaitteistoihin.
  4. Kokeellisia ja teoreettisia tutkimuksia voimakkaiden energiavirtojen vuorovaikutusprosesseista aineen kanssa.
  5. Kokeelliset ja teoreettiset tutkimukset yksivaiheisesta, vapaasta ja pakotetusta konvektiosta monenlaisissa jäähdytysnesteen ominaisuuksissa, tilassa ja lämmönsiirtopintojen geometrisissa parametreissa.
  6. Kokeelliset tutkimukset, massa-, liikemäärä- ja energiansiirtoprosessien fysikaalinen ja numeerinen mallintaminen monivaiheisissa järjestelmissä ja vaihemuunnosten aikana.
  7. Lämmön ja massan yhteissiirtoprosesseja kokeelliset ja teoreettiset tutkimukset binääri- ja monikomponenttiseoksissa, mukaan lukien kemiallisesti reagoivat seokset.
  8. Säteilylämmönsiirron tutkimiseen ja laskemiseen tarkoitettujen menetelmien kehittäminen läpinäkyvissä ja absorboivissa väliaineissa.
  9. Tieteellisten perusteiden kehittäminen ja menetelmien luominen lämmön ja massan siirtoprosessien sekä lämpösuojauksen tehostamiseksi.

Huomautus:

Tieteellisellä erikoisalalla ei oteta huomioon työtä, jonka tarkoituksena on luoda instrumentteja ja primäärimuuntimia aineiden lämpöfysikaalisten ominaisuuksien ja lämmön- ja massasiirtoprosessien kokeellisiin tutkimuksiin taikka lämmön- ja massasiirtolaitteiden teknisten järjestelmien ja suunnitelmien optimointiin.

Tieteiden ala:

tekniset tieteet (järjestelmien, laitteiden, instrumenttien, teknisten prosessien kehittämiseen ja uuden kehityksen soveltamiseen kansantaloudessa)

fyysiset ja matemaattiset tieteet (perusluonteiseen teoreettiseen ja kokeelliseen tutkimukseen (tieteellinen perustutkimus))