Методическая разработка открытого урока по Технической термодинамике

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего  образования

«Волжский государственный университет водного транспорта»

(ФГБОУ ВО «ВГУВТ»)

 

 

 

Методическая разработка

открытого урока

 

 

дисциплина		«Техническая термодинамика и теплопередача»
Тема	«Термодинамический цикл ДВС с изохорным подводом теплоты».
Для курсантов II курса.
специальность			26.02.05 «Эксплуатация судовых энергетических установок»

 

РАССМОТРЕНО

СОСТАВИЛ:   Преподаватель

на заседании цикловой методической комиссии

Суриков В.А.

судомеханических дисциплин

Протокол

№

от   «

»

201_ года

Председатель  ЦМК

Морозов. Е.Е

ОДОБРЕНО

учебно-методическим отделом СПО

Начальник

В.А Овсянников.

 

Ст.методист

О.Н  Вербицкая.

 

 

                                                     

 

                                                2019г

 

                                              План  урока:

 

I.      Организационный момент                                                            2   мин.

II.     Проверка домашнего задания                                                      10   мин.

III.    Подготовка к восприятию нового материала                              2   мин.

IV.    Мотивация                                                                                   2   мин.

V.     Изучение нового материала                                                         20 мин.

VI.    Закрепление знаний и умений                                                     5 мин.

VII.   Подведение итогов урока                                                            2   мин.

VIII.  Домашнее задание                                                                      2   мин.

 

    ИТОГО:                                                                                            45 мин.

 

Первые 5 слайдов вопросы по дз.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    Тема урока: «Общие понятия. Термодинамический цикл ДВС со смешенным и изохорным подводом теплоты.

Тип урока: Изучению нового материала

Место темы в изучаемой дисциплине: Тема урока продолжает раздел «Термодинамические циклы»

Оборудование к уроку: персональный компьютер, проектор.

Дидактический материал: В.А Кузовлев «Техническая термодинамика и основы теплопередачи» г.Москва 1983год

Тип урока: продолжение изучения темы, подробный разбор термодинамического цикла с изохорным подводом теплоты.

Задачи урока:

1.Образовательная: Сформировать понятие о термодинамическом цикле ДВС с изохорным подводом теплоты.

2.Развивающая: Сформировать умения и навыки по точному определению понятий заданной темы, продолжить изучение термодинамических циклов, для дальнейшего использования на практике.

3. Воспитательная: формирование интереса учащихся к изучаемому предмету, и его значимости в будущей профессии.

     

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ход урока:

I.                  Организационный момент: построение курсантов, приветствие, проверка наличия курсантов, готовность к уроку.

II.               Повторение изученного материала: опрос по теме: «Термодинамический цикл ДВС со смешенным подводом теплоты»

                               (с 1 по 5 слайд)

Вопросы:

1.Понятие ДВС (двигателя внутреннего сгорания»)+отличие ДВС со смешенным подводом теплоты.

2.Три основные группы ДВС.

3. Что из себя представляет цикл Тринклера

4. Показать из чего состоит цилиндр ДВС со смешенным подводом теплоты, рассказать о процессах

5.ДВС со смешенным подводом теплоты на диаграмме.

                                  (6 слайд)

III.            Подготовка к восприятию нового материала: на предыдущих занятиях мы с Вами рассмотрели термодинамический цикл ДВС со смешенным подводом теплоты. Какие цели будут стоять перед нами сегодня ? Получить общее представление о термодинамическом цикле ДВС с изохорным подводом теплоты, изучить основной принцип действия и ответить на вопросы:    

                                      (8 слайд)

1. Почему невозможно существование вечного двигателя?

2. Что такое цикл ДВС с изохорным подводом теплоты?(понятие)

3.Что происходит в цикле ДВС с изохорным подводом теплоты на примере карбюраторного двигателя?

4. От чего зависит термический КПД В цикле Отто?

IV.             Мотивация: Использование знаний для правильной и безопасной эксплуатации ДВС.

V.                Изучение нового материала:

Преподаватель –

                                              (9 слайд)

( читать)Исходя из темы сегодняшнего урока мы будем изучать еще один вид ДВС-это ДВС с изохорным подводом теплоты.  Но для начала, давайте немного отклонимся от заданной темы, мы очень часто косвенно касались этого вопроса в предыдущих темах, но ни разу не разбирали это более подробно, и так речь пойдет о вечном двигателе, так как сегодня мы завершаем этап изучения термодинамических циклов ДВС.

Вопросы курсантам задать сразу оба вопроса –

1.  Как Вы считаете что такое вечный двигатель?

2.  Почему ученые и инженеры так рьяно стремятся изобрести его?

                             (10 слайд)

Данный вид двигателя мы с вами изучали на прошлом занятии, и как вы все помните, газ помещенный в цилиндр с поршнем получал определенное количество теплоты, затем газ расширяясь занимал больший объем и толкал поршень, из этого мы можем сделать вывод, что энергия не берется из неоткуда и не пропадает, она только преобразуется из одного состояния в другое.

Это мы с вами знает из первого закона термодинамики -– закон сохранения энергии. Согласно этому закону, энергия не может быть ни создана, ни уничтожена – она просто переходит из одной формы в другую. Для того, чтобы держать механизм в постоянном движении, приложенная энергия должна остаться в этом механизме без каких-либо потерь. Ровно поэтому создание вечного двигателя невозможно.  

Таким образом, можно сделать вывод, что вечный двигатель противоречит законам термодинамики.

Вопрос курсантам: Может быть, кто-нибудь какие вообще вечные двигатели пробовали  создавать ученые?

                             (11 слайд)

Давайте кратко рассмотрим, примеры таких псевдо вечных двигателей.

 

(читать)Это колесо разделенное на отдельные секции. В каждой секции находится тяжелый шар. Шары слева находятся на большем расстоянии от оси справа. По замыслу изобретателя шары слева будут перевешивать, поэтому колесо начнет вращаться против часовой стрелки и шары будут перикатываться и поддерживать это движение.

Вопросы курсантам: В чем же он ошибся? Как вы думаете?

                                (12 слайд)

 

 

(читать)Преподаватель: Дело в том, что вращающие моменты справа и слева уравновешивают колесо, поэтому колесо вращаться не будет. Даже если его подтолкнуть оно не будет вращаться, а может только совсем недолго качаться, и снова возвращаться в состояние равновесия. По факту оно останавливается силой трения.

                               (13 слайд)

 

 

(читать) Самый мошенический вечный двигатель был создан Иоганом   Теслером или доктор Арфириус.      , даже сам Петр первый посылал к нему своих людей, чтобы договориться о покупке чудо-устройства. Достаточно было запустить огромное колесо и оно уже само вращаясь могло поднимать грузы до 16 кг,на 1,5 метра и запускало в действие точильный станок.Этого ученого даже проверяли, заперли и поставили охраны в его лаборатории и оставили на две недели и оно работало. Здесь использовался принцип маятника, маятник качался, за счет чего, остальные части двигателя выполняли свою работу.

 

Вопросы курсантам: как вы думаете за счет чего данное устройство продолжало работать?

                          (14 слайд)

 

Преподаватель: Тайну выдала служанка, оказывается колесо крутили служанка и сестра, постоянно дергая, за тайно протянутый шнурок.(принцип маятника), действует сила притяжения-поэтому это невозможно.

 

                                  

                             (15 слайд)

 

А теперь перейдем к изучению более реальных двигателей, которые действительно существуют, итак, речь пойдет о термодинамическом цикле ДВС с изохорным подводом теплоты.

 

Вопросы курсантам:Кто может сказать, что значит изохорный подвод теплоты?

                                  (16 слайд)

Преподаватель. (на слайде записать) Изохорным называется процесс, который происходит при постоянном объеме.

Данный цикл называют также циклом быстрого сгорания или циклом Отто (по имени его автора, немецкого инженера). Если сказать немного об авторе, этого цикла, то Отто был инженером-самоучкой, но свое открытие он запатентовал, это значило, что за любое использование его изобретения, он получал денежное вознаграждение, что в свою очередь в дальнейшем стало толчком для изучения новых видов ДВС.

В реальных условиях такой цикл совершается в бензиновых карбюраторных двигателях, а также в газовых двигателях (в которых топливом служит газ).

Вопросы курсантам: Какие вы знаете устройства, на которых используется бензиновый карбюраторный и газовый двигатели?

(читать, записать)Преподаватель. Карбюраторные и газовые двигатели встречаются на автомобилях, а так же легких речных и озерных катерах, а компрессорные дизели сняты с производства. 

Вопросы курсантам: Как вы думаете есть ли судовые ДВС, работающие на природном газе?

                                    (17 слайд)

                                                    

(читать) Преподаватель.В последнее время все чаще, ученые ломают голову над тем, как бы уменьшить количество вредных газов поступаемых в атмосферу, то есть создания альтернативных видов топлива.

Ведущие компании по производству судовых низко-оборотистых дизельных двигателей в последнее время часто демонстрируют свою приверженность к природному газу в качестве альтернативного топлива. И как результат, на сегодняшний день они уже имеют в своем «арсенале» силовые установки, работающие на двух видах горючего - дизель и газ.

 

(читать, на слайде)Удачным проектом данной компании является поставка с последующим монтажом их детища на танкер-продуктовоз дедвейтом 25000 тонн «Bit Viking», построенный в середине 2011 года для судоходной компании «Statoil». Морское судно было оснащено двумя силовыми агрегатами типа Wärtsilä 6L50DF, работающее на дизельном топливе и сжиженном природном газе. Данное судно является пока единственным в мире с двухтопливной судовой установкой, причем прекрасно эксплуатируется в суровых зимних условиях Северного моря.

                                 (18 слайд)

 (читать на слайде)Вскоре корпорация Wärtsilä заявила о развитии данной технологии и уже в сентябре 2011 года обнародовала информацию об успешных тестовых испытаниях нового двухтопливного двигателя в Триесте, получившего название Wärtsilä RT-flex 50. Особенностью данного агрегата является диаметр поршня всего 50 см.

                              (19 слайд)

(читать на слайде)Дальнейшим развитием судовой установки может стать агрегат MC-GI, работающий на двух видах топлива, способный сжигать природный газ и дизельное топливо в любой пропорции, в зависимости от источника потребления энергии на борту судна.

                                (20 слайд)

(читать) Преподаватель. Теперь давайте вернемся к нашей теме и рассмотрим термодинамический процесс ДВС с изохорным подводом теплоты.

Вопрос курсантам: как вы думаете какой двигатель изображен на схеме?

 

 

(нажать далее появится текст) Преподаватель. (пояснение к схеме)Цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном объеме, соответствует карбюраторному двигателю. В этом двигателе в цилиндр поступает топливно-воздушная смесь, которая сжимается и за счет искры в электрической свече воспламеняется . Процесс горения топлива быстротечен и происходит при постоянном объеме.

                               (21 слайд)

(читать)Так же давайте рассмотрим этот цикл, на 3d визуализации  четырехтактного  ДВС.

Вопрос курсантам: Кто может сказать, что значит четырехтактный ДВС?

(нажать далее списать с доски) Преподаватель.  поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за два оборота коленчатого вала, то есть за четыре хода поршня (такта).

(читать)1.  Впуск. В течение этого такта поршень опускается из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). При этом кулачки распредвала открывают впускной клапан, и через него  в цилиндр засасывается свежая топливно-воздушная смесь.

2. Сжатие.(то, что курсивом писать)  Поршень идёт из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь. При этом значительно возрастает температура смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степенью сжатия. Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя.

Вопрос курсантам: кто может сказать какой минус есть при использовании двигателя с большой степенью сжатия?

Однако,  для двигателя с большей степенью сжатия требуется топливо с большим октановым числом, которое дороже.

 3. Сгорание и расширение (рабочий ход поршня). Незадолго до конца цикла сжатия топливовоздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания.Топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень.

4. Выпуск. Затем открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается и цикл начинается сначала.

                              (22 слайд)

Также мы можем рассмотреть это на примере диаграммы.

Работа с курсантами:(К доске приглашается курсант, который с помощью преподавателя показывает данный процесс на доске (данный способ помогает учащимся лучше воспринимать новую  информацию, а так же заставляет остальных курсантов заострить внимание на пояснении изучаемого материала)

 

 

                                               

(показать с помощью студента, записать, есть на парте)

а-1 (1 такт) – в цилиндр через всасывающий клапан поступает смесь воздуха и паров горючего;
1-2 (2 такт) – адиабатное сжатие (повышается температура);
2-3 – сгорание горючей смеси, давление быстро возрастает при постоянном объеме (подвод теплоты q₁);
3-4 (3 такт) – адиабатное расширение (рабочий процесс, совершается полезная работа);
4-1 – открывается выхлопной клапан и отработанные газы покидают цилиндрдавление цилиндра падает (отводится тепло q₂).
1-а (4 такт) – выталкивание оставшихся в цилиндре газов.
Затем процесс повторяется.

(читать, писать)Описанный процесс является необратимым

                                (23 слайд)

Давайте зарисуем себе еще одну диаграмму «Диаграмма идеального процесса ДВС.

(читать, есть на слайде)

Из этой диаграммы выводится формула для термического К.П.Д. цикла с подводом теплоты при постоянном объеме, который имеет следующий вид:

h_t = 1 – 1/

где: e –степень сжатия (основной показатель работы двигателя, чем выше е, тем выше экономичность ДВС);
К – показатель адиабаты. 

VI. Закрепление  знаний и умений: устный опрос по новой теме:

                         (24 слайд)

Вопросы:

1)Почему существование вечного двигателя невозможно?

2)Что такое термодинамический цикл ДВС с изохорным подводом теплоты? 2)Где используется?Сколько всего этапов происходит в термодинамическом цикле ДВС с изохорным подводом теплоты, кратко рассказать про каждый?

VII. Подведение итогов урока: обобщение материала, анализ работы курсантов, выставление оценок.

                                                (25 слайд)

VIII. Домашнее задание: изучить конспект урока, подготовить конспект на тему: термодинамический цикл ДВС с изохорным подводом теплоты.

                                 (26 слайд)

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!

.

 

Скачано с www.znanio.ru