Теоретические основы теплотехники

УДК 536.7  
ББК 31.31 
Т11 
Авторы: А.А. Малышева, Е.Б. Соловьева, А.С. Чуленёв, А.К. Аксенов 
 
Рецензенты: 
член-корреспондент РААСН, доктор технических наук, профессор В.Г. Гагарин, 
заведующий лабораторией строительной теплофизики НИИСФ РААСН; 
кандидат технических наук, доцент В.А. Жила, доцент кафедры теплогазоснабжения 
и вентиляции НИУ МГСУ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Т11  
    Теоретические основы теплотехники [Электронный ресурс] : учебно-методическое  
пособие / [А.А. Малышева и др.] ; Министерство науки и высшего образования Российской 
Федерации, Национальный исследовательский Московский государственный строительный 
университет, кафедра теплогазоснабжения и вентиляции. — Электрон. дан. и прогр.  
(1,87 Мб). — Москва : Издательство МИСИ – МГСУ, 2020. — Режим доступа: 
http://lib.mgsu.ru/Scripts/irbis64r91/cgiirbis64.exe?C21COM=F&I21DBN=IBIS&P21DBN=IBIS 
— Загл. с титул. экрана. 
ISBN 978-5-7264-2137-7 (сетевое) 
ISBN 978-5-7264-2136-0 (локальное) 
 
В учебно-методическом пособии приведены основные методики расчета теплообменных 
аппаратов различного типа. Рассмотрены основы физических процессов передачи теплоты. Даны 
рекомендации для подготовки к практическим занятиям и самостоятельной работе, разъяснен 
порядок выполнения расчетов с приведенными примерами.  
Для обучающихся по направлению подготовки 23.03.02 Наземные транспортно-технологические 
комплексы и по УГСН 15.00.00 Машиностроение и 27.00.00 Управление в технических системах. 
 
 
Учебное электронное издание 
 
 
© Национальный исследовательский 
Московский государственный 
строительный университет, 2020 
 
2 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Редактор, корректор Л.В. Себова  
Компьютерная правка и верстка О.В. Суховой 
Дизайн первого титульного экрана Д.Л. Разумного 
 
Для создания электронного издания использовано: 
Microsoft Word 2010, ПО Adobe Acrobat  
 
 
Подписано к использованию 06.03.2020 г. Объем данных 1,87 Мб. 
 
 
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 
высшего образования 
«Национальный исследовательский 
Московский государственный строительный университет». 
129337, Москва, Ярославское ш., 26. 
 
Издательство МИСИ – МГСУ. 
Тел.: (495) 287-49-14, вн. 13-71, (499) 188-29-75, (499) 183-97-95. 
E-mail: ric@mgsu.ru, rio@mgsu.ru 
 
 
3 
 

Оглавление 
ВВЕДЕНИЕ 
..................................................................................................................................................5 
1. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА ......................................................7 
1.1. Параметры состояния идеального газа ..........................................................................................7 
1.2. Первый закон термодинамики ........................................................................................................9 
1.3. Основные термодинамические процессы ....................................................................................11 
1.4. Термический КПД и прямой обратимый цикл Карно ................................................................17 
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕПЛООБМЕНА ..............................................................................30 
2.1. Теплопроводность 
..........................................................................................................................30 
2.2. Теплопроводность через однослойную плоскую стенку 
............................................................31 
2.3. Теплопередача через однослойную плоскую стенку 
..................................................................32 
2.4. Теплопередача через многослойную плоскую стенку 
................................................................33 
3. ОСНОВЫ РАСЧЕТОВ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ 
...........................................................41 
3.1. Основные положения теплового расчета 
.....................................................................................42 
Библиографический список 
......................................................................................................................46 
ПРИЛОЖЕНИЕ .........................................................................................................................................47 

ВВЕДЕНИЕ 
Теплотехника — это наука, изучающая способы получения, передачи, преобразования и 
использования теплоты, а также принципы действия и конструктивные особенности тепловых устройств, аппаратов и машин.  
С целью установления наиболее эффективных способов использования теплоты, анализа 
экономичности рабочих процессов тепловых установок и создания новых, наиболее совершенных типов тепловых аппаратов необходима разработка теоретических основ теплотехники.  
Различают два ключевых направления использования теплоты — энергетическое и технологическое.  
При энергетическом использовании теплота преобразуется в механическую работу, с 
помощью которой в генераторах создается электрическая энергия, удобная для передачи на 
расстояние. Теплоту при этом получают благодаря сжиганию топлива в теплогенерирующих 
установках или непосредственно в двигателях внутреннего сгорания (ДВС). 
При технологическом использовании теплота применяется для направленного изменения 
свойств различных тел (изменения структуры, расплавления, затвердевания, физических, механических, химических свойств). 
Дисциплины «Теплотехника», «Теплопередача» и «Техническая термодинамика» рассматривают процессы взаимного преобразования теплоты в механическую работу. Они устанавливают взаимосвязь между механическими и тепловыми процессами, которые совершаются в тепловых и холодильных машинах, рассматривают процессы, которые происходят в 
газах, водяном паре, влажном воздухе, а также свойства этих тел при различных термодинамических и физических условиях. 
В основу дисциплины «Техническая теплотехника и термодинамика» положены два основных закона.  
Первый закон термодинамики характеризует количественную сторону процессов превращения энергии, а второй — устанавливает качественную сторону процессов, происходящих в физических системах. 
Техническая термодинамика, применяя основные законы к процессам превращения теплоты в механическую работу и обратно, дает возможность разрабатывать теории тепловых 
двигателей, исследовать процессы, протекающие в них, и т.п.  
Объектом исследования является термодинамическая система, которой могут быть группа 
тел, тело или часть тела. То, что находится вне системы, называется окружающей средой.  
В качестве системы принимают макроскопическое тело, состоящее из большого числа 
частиц. При решении технических задач такую систему называют рабочим телом. 
Рабочее тело является необходимым посредником, с помощью которого в тепловых 
машинах и установках получают работу, теплоту и холод. Оно может состоять как из одного, 
так и из нескольких индивидуальных веществ, называемых его компонентами. В большинстве случаев речь идет о газе, так как он способен значительно изменять свой объем при взаимодействии с окружающей средой. 
Термодинамическая система — это совокупность макроскопических тел, которые взаимодействуют и обмениваются энергией друг с другом и окружающей средой.  
5 

Система, заключенная в недеформируемую и непроницаемую для потоков теплоты и 
массы оболочку, абсолютно не взаимодействует с окружающей средой, поэтому называется 
изолированной. 
Если система не обменивается с окружающей средой веществом, то ее называют закрытой, или замкнутой, в противном случае — открытой.  
Систему, не обменивающуюся с окружающей средой теплотой, называют термически 
изолированной, или адиабатной. 
В общем случае взаимодействие системы и окружающей среды может состоять в обмене 
веществом и передаче энергии теплотой (теплообмен) и работой, под которой понимают как 
механическую, так и немеханические виды работ, например электрическую, магнитную 
работу сил поверхностного натяжения и т.д. 
В тепловых машинах (двигателях) механическая работа совершается с помощью рабочих 
тел — пар, газ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6