Теоретические основы теплотехники - рус. Курс лекций по теплотехнике Предмет и метод теоретические основы теплотехники

Все книги можно скачать бесплатно и без регистрации.

NEW. Апресян Л.А., Кравцов Ю.А. Теория переноса излучения: статистические и волновые аспекты. 1983 год. 217 стр. djvu. 2.5 Мб.
В книге изложена теория переноса излучения как следствие теории многократного рассеяния статистически кваэиоднородного волнового поля. Такой подход позволяет выявить зависимость яркости от корреляционных характеристик излучения, связать параметры уравнения переноса излучения со статистическими свойствами рассеивающей среды, уточнить и в некоторых случаях расширить границы применимости фотометрического описания. Книга написана лаконичным языком и позволяет глубже понять физическое содержание и статистический смысл фотометрии и теории переноса излучения.
Для научных работников и инженеров-исследователей - оптиков, радиофизиков, акустиков, а также аспирантов и студентов-старшекурсников, специализирующихся в указанных областях.

. . . .Скачать

NEW. Крутов В.И. редактор. Теплотехника. Учебник. 1986 год. 431 стр. djvu. 7.0 Мб.
В учебнике рассмотрены основы термодинамики и теории теплообмена, топливо и его горение, схемы и элементы расчета котлов, промышленных печей, паро- и газотурбинных установок, двигателей внутреннего сгорания, реактивных двигателей и др Приведены расчеты систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, даны основы энерготехнологии

Скачать

Архаров А.М., Исаев С.И., Кожинов И.А. Теплотехника. 1986 год. 432 стр. djvu. 7.0 Мб.
В учебнике рассмотрены основы термодинамики и теории теплообмена, топливо и его горение, схемы и элементы расчета котлов, промышленных печей, паро- и газотурбинных установок, двигателей внутреннего сгорания, реактивных двигателей и др. Приведены расчеты систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, даны основы энерготехнологии.

. . . . . . . . . . . . . . .Скачать

В.С. Авдуевский гл. редактор. Основы теплопередачи в авиационной ракетно-космической технике. 2-е изд. 1992 год. 520 стр. djvu. 5.8 Мб.
Второе издание (1-е изд. 1975 г.) учебника по основам теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике переработано и дополнено материалами по радиационно-конвективному теплообмену в высокотемпературных газовых потоках и теплообмену в двухфазных потоках.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать

А.П. Баскаков, редактор. Тепплотехника. Учебник.2-у изд. перераб. 1991 год. 224 стр. djvu. 5.1 Мб.
Изложены основы технической термодинамики и теории тепло- и массообмена. Приведены основные сведения по процессам горения, конструкциям топок и котельных агрегатов. Рассмотрены принципы работы тепловых двигателей, паровых и газовых турбин, двигателей внутреннего сгорания и компрессоров. Описаны компоновки и технологическое оборудование тепловых электрических станций, а также оборудование промышленных теплоэнергетических установок. Первое издание вышло в 1982 г. Второе издание дополнено материалами для самостоятельной работы студентов.
Для студентов вузов нетеплоэнергетических специальностей.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать

Беннет, Майерс. Гидродинамика, теплообмен и массообмен. 1955 год. 725 стр. djvu. 10/2 Мб.
В первой части содержится краткое изложение основ гидродинамики. Вывод основных уравнений дан в дифференциальной и интегральной формах. Движение жидкости рассмотрено при ламинарном и турбулентном режимах. Подробно рассмотрена работа простейших приборов для измерения скорости и расхода. Отдельная глава посвящена введению в газовую динамику. Во второй части изложена теория стационарной и нестационарной теплопроводности и рассмотрены современные методы решения задач теплопроводности. Рассмотрен конвективный теплообмен в ламинарном и турбулентном потоках жидкости,
В третьей части изложены основные аналитические и графоаналитические методы расчетов массообмена и расчета колонных аппаратов промышленного типа.
Во всех разделах книги приведены многочисленные примеры конкретных технических расчетов, дополняющих основное содержание. Это делает книгу особенно ценной для практической работы.
Книга предназначена для инженерно-технических работников различных отраслей промышленности, связанных с вопросами гидродинамики, тепло- и массообмена, а также может быть очень полезна студентам нефтяных и химических вузов при изучении теории и инженерного применения гидромеханики, тепло-и массообмена.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать

Болгарский, Мухачев, Щукин. Термодинамика и теплопередача. 1975 год. 490 стр. djvu. 3.5 Мб.
Учебник состоит из 2-х частей. В первой части излагаются основные законы термодинамики, термодинамические процессы, реальные газы и пары, даются основные положения химической термодинамики. Во второй части главное внимание уделено явлениям теплообмена в авиационной и ракетной технике, процессам теплоотдачи при больших скоростях газа, вопросам теплообмена в вакууме и др.
По сравнению с 1-м изданием книга основательно переработана, сокращены некоторые параграфы и разделы, ие имеющие отношения к авиационной и ракетной технике. Введены новые разделы «Термодинамика плазмы» и «Термодинамика необратимых процессов».
Книга нааписана понятно, многие вопросы разобраны более подробно, чем в учебниках по общей физике. Поэтому многие разделы могут служить дополнительной литературой при изучении термодинамики в общей физике.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать

Берд Р., Стьюарт В., Лайтфут Е. Явления переноса. 1974 год. 688 стр. djvu. 12.5 Мб.
Книга известных американских ученых является фундаментальным руководством, в котором изложены процессы переноса количества движения (течение вязкой жидкости), энергии (тепловой поток) и массы (поток смеси реагентов). Книга снабжена большим числом примеров, задач и обширной библиографией.
Книга представляет большой интерес для инженерно-технических и научных работников, занятых изучением проблем макрокинетики химических процессов, теоретических основ химической технологии, а также для преподователей, аспирантов и студентов старших курсов химико-технологических вузов.
Очень полное изложение всех процессов переноса - РЕКОМЕНДУЮ.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать

И.А. Васильева, Д.П. Волков, Ю.П.Заричняк. Теплофизические свойства веществ. 2004 год. 80 стр. PDF. 1.5 Мб.
Учебное пособие составлено в соответствии с программой курса "Теплофизические свойства веществ" Государственного стандарта высшего и профессионального образования для направления подготовки дипломированных специалистов "Техническая физика" и "Теплофизика". В учебное пособие вошли главы, посвященные исследованию теплофизических свойств газов и жидкостей. В каждой из глав даны краткие теоретические сведения и примеры расчетов.
Предназначено для подготовки студентов к сдаче зачетов и экзамена.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать

Греберг Г., Эрк С., Григулль У. Основы учения о теплообмене 3-e изд.(под редакцией Гухмана). 1958 год. 565 стр. djvu. 15.0 Мб.
Понятие „теплообмен" охватывает совокупность таких явлений суть которых заключается в переносе некоторого количества теплоты из одной области пространства в другую. Этот перенос может осуществляться в трех совершенно различных по своей природе формах.
Первая форма теплообмена представляет собой перенос тепла посредством теплопроводности. Она характеризуется тем, что ее.возникновение обусловлено наличием вещественной среды, и тем, что теплообмен совершается только между непосредственно соприкасающимися частицами тела. Этот процесс можно себе представить как распространение тепла от частицы к частице.
Второй формой теплообмена является перенос тепла посредством конвекции. Этот перенос осуществляется в тех случаях, когда частицы тела меняют свое местоположение в пространстве и при этом выполняют роль носителей тепла. Такой процесс происходит в движущихся жидкостях и газах и всегда сопровождается передачей тепла посредством теплопроводности от частицы к частице при условии, что вся масса текущей жидкости не обладает одинаковой температурой. До тех пор пока мы рассматриваем области, расположенные внутри потока, и, следовательно, не обращаемся к про* цессам, происходящим на твердых поверхностях, которые ограничивают поток, или на его свободной поверхности, мы можем обе формы переноса тепла охватить одним понятием-теплопроводность в движущихся средах. Если же рассматриваются и твердые стенки то в общем случае между стенками и движущейся средой наблюдается теплообмен, который обусловлен тем, что частицы среды, соприкасающейся со стенкой, воспринимают от нее тепло и уносят его с собой. Теплообмен между средой и стенкой называют теплоотдачей.
Особая форма передачи тепла имеет место в том случае, если на границе раздела стенки и потока возникает изменение агрегатного состояния движущейся среды. Этот случай отвечает передаче тепла от поверхности нагрева кипящим жидкостям и от конденсирующихся паров поверхностям охлаждения. Все процессы переноса тепла посредством конвекции существенно различаются между собой в зависимости от происхождения движения. Если в массе жидкости или газа имеются местные температурные неоднородности, то они сопровождаются неоднородным распределением плотности; это ведет к возникновению движения. Если эти неоднородности плотности являются единственной причиной движения, то говорят о свободном движении (или о поле течения, вызванного внутренними возбудителями). Во многих случаях, однако, имеют место и другие причины внешнего происхождения, обусловливающие возникновение и развитие движения. Если в предельном случае действие этих внешних причин столь значительно, что неоднородность поля плотности не оказывает влияния, то мы говорим о вынужденном движении (или о поле течения, возникающего под действием внешних возбудителей).
Третья форма теплообмена - перенос тепла посредством излучении. Эта форма характеризуется тем, что некоторая часть внутренней энергии тела преобразуется в энергию излучения и уже в такой форме передается через пространство. Встречая на своем пути другое тело, лучистая энергия полностью или частично вновь превращается в теплоту.
Этим явлениям и посвящена эта книга.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Гебхарт Б. и др. Свободноконвективные течения, тепло- массообмен. 1991 год. 678+528 стр. djvu. 12.6+9.5 Мб.
Монография известных американских ученых содержит богатейшую информацию, накопленную в теории свободноконвективных течений и явлений переноса за последние годы. В книге описаны как классические подходы, так и современные методы анализа инженерных проблем.
Для преподавателей, аспирантов и студентов, а также для научных работников и инженеров, специализирующихся в авиационной и космической технике, химической технологии, энергетике, строительстве, геофизике, метеорологии.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать

В.И.Егоров. Точные методы решения задач теплопроводности. Уч. пособие. 2006 год. 46 стр. PDF. 1.4 Мб.
Учебное пособие «Точные методы решения задач теплопроводности» составлено в соответствии с программой курса " Специальные разделы высшей и вычислительной математики" Государственного стандарта высшего и профессионального образования для направления подготовки дипломированных специалистов Теплофизика и направления подготовки бакалавров и магистров Техническая физика. Подготовлено на кафедре компьютерной теплофизики и энергофизического мониторинга.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . скачать

Исаев, Миронов, Никитин, Хвостов. Основы термодинамики, газодинамики и теплопередачи. 1968 год. 276 стр. doc. 9.1 Мб.
В первом разделе учебного пособия изложены основные законы термодинамики и их приложения к расчету свойств газов и термодинамических процессов. Последовательно рассмотрены первое начало термодинамики, параметры состояния и уравнения состояния газа, теплоемкость газа, второе начало термодинамики. Дан термодинамический анализ теоретического цикла Карно, термодинамических циклов поршневого двигателя внутреннего сгорания и газотурбинного двигателя.
Во втором разделе рассмотрены основы газовой динамики. Изложены законы движения газов с дозвуковой и сверхзвуковой скоростями. Дан вывод уравнений расхода и энергии потока газа. Показано применение уравнений энергии для расчета элементов турбореактивного двигателя и силы тяги воздушно-реактивного двигателя. В третьем разделе рассмотрены вопросы теплопередачи. Приведены сведения по теплообмену различными способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.
Книга предназначена для учащихся авиационных техникумов. Она может быть также полезна среднему техническому персоналу авиационной промышленности.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . скачать

Исаченко В.П., Сукомел А.С. Теплопередача. 3-е изд. доп. перераб.1975 год. 673 стр. djvu. 4.6 Мб.
В книге изложены основы учения о тепломбмене. Систематически рассматриваются теплопроводность, конвективный теплообмен, теплообмен излучением, тепловой и гидромеханический расчеты теплообменных устройств, а также тепло- и массообмен при фазовых и химических превращениях.
Книга написана применительно к программе курса «Теплопередача», утвержденной Министерством высшего и среднего специального образования СССР, и предназначена в качестве учебника для студентов энергетических специальностей вузов.
Настоящая книга предназначена в качестве учебника для теплотехнических специальностей энергетических вузов и факультетов. Этим определились построение книги, подбор излагаемого материала и характер его изложения.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать

Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. 1979 год. 416 стр. djvu. 9.0 Мб.
В книге сжато изложены основные проблемы современной теории теплообмена, в том числе многие выходящие за рамки стандартных курсов. Особое внимание уделено турбулентному переносу тепла в однородных и неоднородных средах, в частности асимптотическим свойствам турбулентного пограничного слоя при сложных граничных условиях. Значительное место занимают также гидродинамические закономерности теплообмена при конденсации и" кипении. Как в теоретическом изложении, так и в приводимых экспериментальных математериалах содержится большое число оригинальных результатов. Bce результаты доведены до формы расчетных зависимостей и рекомендаций.
В данное, пятое, издание включены новые материалы по теплообмену в пакетах и засыпках, радиационно-конвективному и нестационарному теплообмену, переработаны и дополнены главы по кипению и конденсации и по теплообмену в разреженном газе.
Книга рассчитана на научных работников, инженеров-исследователей, аспирантов и студентов старших курсов университетов и политехнических институтов, работающих или специализирующихся в области теплофизики и физической гидроаэродинамики.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . скачать

Ф. Крейт, У. Блэк. Основы теплопередачи. 1983 год. 513 стр. djvu. 10.7 Мб.
Вводный курс инженерной теплопередачи, написанный американскими авторами. Излагаются основы стационарной и нестационарной теплопроводности, конвективного теплообмена и теплообмена излучением. Рассмотрены теплообмен при конденсации и кипении, теплопередача в теплообменниках и тепловых трубах, а также массообмен. Авторы ориентируют читателя на использование вычислительной техники.
Для инженеров, а также студентов старших курсов инженерных специальностей вузов.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . скачать

Кузнецов Н.Д., Чистяков В.С. Сборник задач и вопросов по теплотехническим измерениям и приборам. 1965 год. 330 стр. PDF. 13.3 Мб.
Сборник составлен в соответствии с программой курса «Теплотехнические измерения и приборы» по специальности «Автоматизация теплоэнергетических процессов». Все задачи снабжены решениями. Каждой главе предшествует обобщённый теоретический материал, необходимый для правильного методологического подхода к решению задач. Первое издание вышло в 1978 г., второе дополнено справочными таблицами, необходимыми для решения задач.
Для студентов энергетических вузов. Книга может быть использована инженерами-теплоэнергетиками, как справочное пособие.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . скачать

Краслоу Г. Теплопроводность твердых тел. 1964 год. 489 стр. djvu. 7.8 Мб.
Гл. I. Общая теория. Гл. II. Линейный поток тепла. Неограниченное и полуограниченное твердое тело. Гл. III. Линейный тепловой поток в твердом теле, ограниченном двумя. Гл. IV. Линейный тепловой поток в стержне. Гл. V. Поток тепла в теле с прямоугольным сечением параллельными плоскостями. Гл. VI. Тепловой поток в прямоугольном параллелепипеде. Гл. VII. Тепловой поток в неограниченном цилиндре кругового сечения. Гл. VIII. Тепловой поток в областях, ограниченных координатными поверхностями цилиндрической системы координат. Гл. IX. Поток тепла в шаре и конусе. Гл. X. Применение метода источников и стоков к задачам с неустановившейся температурой. Гл. XI. Изменение физического состояния. Гл. XII. Преобразование Лапласа. Задачи для линейного теплового потока. Гл. XIII. Преобразование Лапласа. Задачи для цилиндра и шара. Гл. XIV. Применение функций Грина к решению уравнения теплопроводности. Гл. XV. Дальнейшие применения преобразования Лапласа. Гл. XVI. Установившаяся температура. Гл. XVII. Интегральные преобразования. Гл. XVIII. Численные методы.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать

Кордон, Симакин, Горешник. Теплотехника. Уч. пособие. 2005 год. 167 стр. PDF. 1.5 Мб.
Учебное пособие подготовлено на основе опыта многолетнего преподавания курса «Гидравлика и теплотехника». При изложении материала учтены такие предпосылки, как логическая связь с другими дисциплинами специальности 330200; фундаментальность представления теоретических вопросов; практическая направленность рассматриваемых вопросов; использование математического аппарата в объеме, не превышающем доступности восприятия теоретического материала.
Учебный материал подготовлен в соответствии с рабочей программой и охватывает следующие разделы: основные физические свойства жидкостей; основы гидростатики; основы кинематики и динамики жидкости; гидравлический удар в трубах; основы теории подобия, моделирования и анализа размерностей; основы движения грунтовых вод и двухфазных потоков; основы теории тепло- и массообмена.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . скачать

Лариков Н. Н. Теплотехника. Учеб. для вузов. 3-е изд., перераб. и доп.. 1985 год. 433 стр. djv. 6.7 Мб.
Изложены основы технической термодинамики и теории тепломассообмена, рассмотрены рабочие процессы теплосиловых установок и процессы горения топлива, котлоагрегаты и их элементы, тепло-влажностные процессы в установках, используемых в производстве строительных материалов и изделий.
3-е изд. дополнено изложением приложений законов термодинамики к химическим реакциям, описанием организации теплоснабжения и использования вторичных энергоресурсов на заводах строительной индустрии. Изд. 2-е вышло в 1975 г. под загл. Общая теплотехника.
Для студентов строительных вузов, обучающихся по строительно-технологической специальности. Один из последних действительно качественных учебников по теплотехнике советской высшей школы.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать

А.И. Леонтьев редактор. Теория тепломассообмена. Учебник. 1979 год. 496 стр. djvu. 14.2 Мб.
В книге рассмотрены основы теории переноса теплоты и вещества в неподвижной и движущейся среде, а также перенос теплоты радиацией. Изложены современные методы расчета процессов тепло- и массообмена применительно к различным техническим приложениям, особенно для областей новой техники (авиационной, космической, атомной энергетики и т. д.).
Для студентов энергомашиностроительных специальностей высших учебных заведений

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать

Луканин В.Н., редактор. Теплотехника. Учебник. 2000 год. 673 стр. djvu. 9.9 Мб.
В книге рассматриваются основные положения теплотехники, термодинамики, теории переноса теплоты и вещества, а также энергетические и экологические проблемы использования теплоты в автотранспортном комплексе. Приведены методы и примеры расчета термодинамическиих и тепломассообменных процессов в прикладных задачах различных областей современной техники и технологии.
Книга будет полезна студентам специальности "Теплотехника" и других технических специальностей высших учебных заведений.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать

А.В. Лыков. Явления переноса в капилярно-пористых телах. 1954 год. 298 стр. djvu. 4.8 Мб.
В данной книге дано систематическое изложение явлений переноса тепла и поглощенного вещества в коллоидных капиллярно-пористых телах. Перенос тепла и вещества рассматривается в их неразрывной связи методами молекулярно-кинетической теории и термодинамики. Сделана первая попытка решения проблемы потенциала переноса вещества в растворах и во влажных телах. Кроме аналитических и экспериментальных методов, дается практическое применение теории тепла и массообмена к исследованию технологических процессов (гигротермическая обработка строительных материалов, сушка и увлажнение различных материалов и т. д.), а также к изучению явлений переноса тепла и влаги в почвах и грунтах.
Книга рассчитана на научных работников, аспирантов, инженеров и студентов теплофизических специальностей.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Лыков А.В., Михайлов Ю.А. Теория переноса энергии и вещества. 1959 год. 332 стр. djvu. 7.4 Мб.
Данная монография посвящена аналитической теории явлений переноса тепла и вещества. На основе термодинамики необратимых процессов выведена система дифференциальных уравнений тепло- и массопереноса. Методами конечных интегральных преобразований получены решения для простейших тел (пластина, цилиндр и шар) при граничных условиях второго и третьего рода. Полученные решения могут быть использованы для расчета процессов термодиффузии в газовых смесях и молекулярных растворах, сушки, газификации, горения и т. д.
Книга представляет интерес для широкого круга инженерно-технических работников и может служить в качестве учебного пособия для студентов теплоэнергетических специальностей вузов.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать

Лыков А. В. ТЕОРИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ. 1967 год. 600 стр. djvu. 21.0 Мб.
В данном учебном пособии подробно рассматриваются решения задач нестационарной теплопроводности основных тел (полуограниченное тело, неограниченная пластина, сплошной цилиндр, шар, полый цилиндр) несколькими методами (разделение переменных, операционные, интегральные преобразования Фурье и Ханкеля). Таким образом, читатель, знакомясь с особенностями каждого из применяемых методов, может в своей самостоятельной работе для решения поставленных задач выбрать наиболее простой метод, дающий наиболее эффективное решение, пригодное для инженерных расчетов. Решения даны в обобщенных переменных с использованием метода теории подобия, они иллюстрированы многочисленными графиками и таблицами. Наличие графиков позволяет быстро производить технические расчеты, что несомненно будет способствовать внедрению решений в инженерную практику. Кроме того, решения основных, наиболее важных задач даны в двух видах, один из которых удобен для расчетов при малых значениях чисел Фурье, а второй-для больших значений чисел Фурье.
В первых главах (IV-VI) даны подробные решения с конкретными расчетами, с использованием графиков, а задачи классифицированы по принципу взаимодействия тела с окружающей средой, а не по принципу геометрических форм рассматриваемых тел, что с методической точки зрения является более правильным.
Большое внимание уделяется решению задач с граничными условиями четвертого рода, что связано с актуальными исследованиями в области нестационарного конвективного теплообмена. Решение задач с переменными теплофизическими коэффициентами выделено в специальную главу (гл, XIII). В гл. XIV дано краткое изложение методов интегрального преобразования Лапласа, Фурье и Ханке л я применительно к решению задач нестационарной теплопроводности.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать

Ляшков В.И. Теоретические основы теплотехники. 2005 год. 171 стр. pdf. 1.3 Мб.
В учебном пособии приводится лаконичное и последовательное изложение теоретических основ теплотехники (основ термодинамики, теории тепло- и массообмена и теории горения), составляющих необходимый и достаточный объем информации для того, чтобы в дальнейшем специалист мог самостоятельно углублять и наращивать знания в тех или иных областях прикладной теплотехники. Учебный материал излагается отдельными, сравнительно небольшими дозами, структурированность и последовательность изложения которых диктуется внутренней логикой названных наук.
Учебное пособие написано в соответствии с требованиями государственного стандарта по одноименной дисциплине для специальности 1016 "Энергообеспечение предприятий".
Предназначено для студентов второго, третьего курсов дневного отделения и может быть использовано (в неполном объеме) студентами других специальностей при изучении ими дисциплин теплотехнического профиля.
Учебное пособие отражает многолетний опыт работы автора со студентами второго – третьего курсов. Представляя собою последовательное и лаконичное изложение основ термодинамики, теплопередачи, теории массообмена, теории горения и др., оно написано не для того, чтобы заменить собою названные учебники. Скорее всего это врата в большую и интересную область научных знаний, связанных с теплотехникой. Поэтому в него включен только тот материал, усвоение которого необходимо для приобретения такого уровня теоретической подготовки, который позволит в дальнейшем легко наращивать знания при последующей самостоятельной работе с учебниками, монографиями, справочниками и т.п.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Маслов В.П., Данилов В.Г., Волосов К.А. Математическое моделирование процессов тепломассопереноса. Эволюция диссипативных структур. 1987 год. 352 стр. djvu. 4.7 Мб.
Рассмотрены математические модели процессов переноса. Изложен новый метод построения асимптотических локализованных решений уравнений, моделирующих эволюцию диссипативных структур. Рассмотрены модели конкретных физических и химических процессов и проведено сравнение асимптотических решений с решениями, полученными с помощью ЭВМ.
Для специалистов в области информатики, прикладной математики, физики, химии, биологии.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать

Мартыненко, Михалевич, Шихов. Справочник по теплообменникам. В 2-х томах. 1987 год..825+353 стр. djvu. 11.2+7.7 Мб.
Справочник содержит лаконичное и точное изложение классических основ теории теплообмена и современных методов расчета и проектирования теплообменной аппаратуры самого различного назначения. Подготовлен международным коллективом ученых из Великобритании, СССР, США, ФРГ, Франции. Во втором томе изложены вопросы теплового и гидравлического расчета теплообменников, а также представлены необходимые для проектирования сведения о теплофизических свойствах теплоносителей.
Для специалистов, занимающихся исследованием процессов теплообмена, инженеров-теплотехников, связанных с расчетом, конструированием и эксплуатацией теплообменных устройств, а также студентов вузов.

. . . . . . . . . . . . скачать 1 . . . . . . . . . . . . скачать 2

М.А. Михеев, И.М. Михеева. Основы теплопередачи. 2-е изд. 1977 год. 345 стр. djvu. 7.6 Мб.
В книге изложены основные положения учения о теплообмене и их приложения к анализу работы тепловых устройств. Последовательно рассмотрены элементарные виды переноса теплоты (теплопроводность, конвекция и тепловое излучение), комплексный процесс теплопередачи и основы расчета теплообменных аппаратов. Первое издание книги вышло в 1973 г. Во второе издание книги внесены незначительные изменения и уточнения. Книга предназначена для инженерно-технических работников, занимающихся вопросами проектирования, изготовления и эксплуатации теплообменного оборудования.
Она может быть использована студентами вузов в качестве учебного пособия.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . скачать

Мухачев Г.А., Щукин В.К. Термодинамика и теплопередача: Учебник.3-е изд., перераб. 1991 год.. 480 стр: djvu. 7.0 Мб.
В учебнике изложены основные законы термодинамики, термодинамические процессы, сведения о реальных газах и парах, основные положения химической термодинамики, основные понятия и законы теории теплообмена, современные методы расчета процессов теплообмена, особенности теплообмена в авиационной и ракетно-космической технике, способы тепловой защиты конструкций. В 3-м издании (2-е-1975 г.) переработана методика изложения некоторых разделов в связи с развитием авиационной и ракетной техники, приведены новые результаты исследований теплообмена, сокращен устаревший материал.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать

Новиков И.И., Воскресенский К.Д. Прикладная термодинамика и теплопередача. 2-е изд. 1977 год. 353 стр. djvu. 5.8 Мб.
Монография посвящена прикладным вопросам термодинамики и теплопередачи, возникающим в связи с ее техническими приложениями (в частности, при анализе и расчетах энергетических установок, в том числе атомных, преобразователей энергии и т. п.); главное содержание книги составляет последовательное развитие термодинамического метода анализа и методов расчета теплообмена в различных условиях. Изложение ведется с учетом успехов термодинамики, в частности включает в себя вопросы термодинамики необратимых процессов.
Книга предназначена для научных работников, конструкторов и инженеров, а также будет полезна студентам как учебное пособие при изучении соответствующих разделов термодинамики и теплопередачи.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать

Патанкар С., Сполдинг Д. Тепло- и массообмен в пограничных слоях. 1971 год. 129 стр. djvu. 1.8 Мб.
В книге излагается сравнительно простой и эффективный инженерный метод численного решения полной системы уравнений пограничного слоя, позволяющий достаточно точно рассчитывать сопротивление и теплообмен поверхности, обтекаемой ламинарным или турбулентным потоком газа при учёте вдува и отсоса. Даётся обширный справочный материал и программа машинного счёта.
Книга расчитана на широкий круг читателей, интересующихся аэродинамикой и конвективным тепломассопереносом.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать

Самарский, Вабищевич. Вычислительная теплопередача. 2003 год. 678 стр. djvu. 4.8 Мб.
Книга посвящена методам исследования проблем теплопередачи современными численными методами. Описаны основные подходы к аналитическому исследованию математических моделей теплопередачи традиционными средствами прикладной математики. Рассматриваются численные методы приближенного решения стационарных и нестационарных многомерных задач теплопроводности. Большое внимание уделяется задачам с фазовыми превращениями, задачам термоупругости и теплообмена излучением; процессам тепло- и массопереноса. Обсуждаются проблемы управления и оптимизации тепловых процессов. Рассмотрены вопросы численного решения обратных задач теплообмена. Приведены примеры решения различных двумерных задач теплопередачи с программами для ЭВМ.
Книга рассчитана на студентов и аспирантов факультетов прикладной математики вузов, специалистов по прикладному математическому моделированию.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать

Скрябин В.И. Курс лекций по теплотехнике. ФИЗТЕХ. 2000 год. 82 стр. doc в архиве 3.7 Мб.
Раздел I. Техническая термодинамика. Раздел II. Основы теории теплообмена. Раздел III. Теплоэнергетические установки.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Себиси Т., Брэдшоу П. Конвективный теплообмен. Физические основы и вычислительные методы. 1987 год. 592 стр. djvu. 7.8 Мб.
В монографии известных ученых из США и Англии изложены основы современной теории конвективного теплообмена для ламинарных и турбулентных течений. Представлены многочисленные примеры аналитического и численного решения прикладных задач теплообмена в каналах, струях и при обтекании тел. Приведены программы на языке Фортран. Для научных работников, инженеров, аспирантов и студентов старших курсов, специализирующихся в аэродинамике, химии, механике, теплофизике, энергетике, строительстве и некоторых областях экологии.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать

Фокин В.М., Бойков Г.П., Видин Ю.В. Основы технической теплофизики. 2004 год. 130 стр. djvu. 1.7 Мб.
В монографии рассмотрены основные положения и законы теплопроводности. Изложен принцип ложения температурных полей, метод итерации и релаксации температурного поля, графического изображения теплового потока, электротепловой аналогии. Рассмотрена стационарная теплопроводность при внутреннем тепловыделении, наличии фильтрации и при переменном коэффициенте теплопроводности. Изложены вопросы нестационарной теплопроводности при различных граничных условиях в телах различной формы, а также распространения тепла и температурных волн в полуограниченном пространстве. В монографии приводятся научно-методологические основы определения теплофизических свойств материалов методом неразрушающего контроля. Представлена методика, позволяющая установить начало наступления упорядоченной части теплового периода по тепловым изменениям на поверхности образца и методика комплексного ределения теплофизических свойств материалов и изделий методом неразрушающего контроля. Предназначена для научных, инженерно-технических работников, преподавателей вузов, аспирантов, студентов.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать

Филиппов Л.П. Явления переноса. МГУ. 1986 год. 117 стр. djvu. 3.3 Мб.
Глава I. Основные понятия и соотношения.
Глава II. Уравнения переноса.
Глава III. Тепло- и массоперенос в потоках.
Глава IV. Методы экспериментального исследования теплопроводности и диффузии.
Глава V. Импульсные методы.
Глава VI. Тенденции развития техники экспериментальных исследований теплофизических свойств.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать

Цветков, Григорьев. Тепломассообмен. 2-е изд. перераб. дополн. 2005 год. 550 стр. djvu. 5.4 Мб.
Рассмотрены основные положения термодинамики, теории переноса теплоты и вещества, а также энергетические и экологические проблемы использования теплоты в автотранспортном комплексе. Приведены методы и примеры расчета термодинамических и тепломасообменных процессов в прикладных задачах различных областей современной техники и технологии.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Скачать

Чечеткин, Занемонец. Теплотехника. Учебник. 1986 год. 344 стр. djvu. 7.3 Мб.
В книге изложены основы технической термодинамики и теории теплобомена,приведены сведения по теории горения топлм=ив и отходов химических производств.Рассмотрены промышленные печи,тепло-и технологии.Даны основы энерготехнологии химической промышленности.Техническая термодинамика.Теплопередача.Топливо,основы горения и организация сжигания топлива.Печи химической промышленности.Котлоагрегаты химической промышленности.Паровые и газовые турбины.Основы энерготехнологии химической прмышленности.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать

Шашков, Бубнов, Яновский. Волновые явления теплопроводности: 2-е изд. дополн. 2004 год..298 стр: djvu. 4.7 Мб.
В настоящей книге обсуждены физические аспекты > равнения теплопроводности гиперболического типа, нелинейного параболического уравнения и интегродифференциального уравнения с релаксационными ядрами. Рассмотрены парадоксы классической теории теплопроводности и проведены молекулярно-кинетичегкие обоснования гипотезы о релаксации теплового потока. При рассмотрении математических аспектов гиперболического уравнения теплопроводности предложена систематизация дифференциальных операторов теплопроводности, прослежена связь между линейным гиперболическим и нелинейным параболическим операторами теплопроводности. Книга рассчитана на научных и инженерно-технических работников, специализирующихся в области теплофизики и термодинамики. Может быть полезна аспирантам и студентам теплофизических специальностей.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать

Эккерт Э. Р. и Дрейк Р. М. Теория тепло- и массообмена. 1961 год. 681 стр. djvu. 12.6 Мб.
Данная книга является вторым, заново переработанным изданием монографии Эккерта «Введение в теорию тепло- и массообмена». В ней систематически рассматриваются основные вопросы теории теплопроводности, конвективного и лучистого теплообмена, а также вопросы массообмена в процессах пористого охлаждения и испарения. В книге дано обобщение последних работ по теории пограничного слоя в процессах и массообмена. Теоретические вопросы иллюстрируются конкретными примерами расчетов обменных аппаратов, реактивных двигателей, газовых турбин и другой аппаратуры современной техники.
Книга рассчитана на научных сотрудников, аспирантов и инженеров-теплотехников, и она может быть рекомендована в качестве учебного пособия для втузов.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать

Юдаев Б.Н. Теплопередача. Учебник. 1973 год. 360 стр. djvu. 2.7 Мб.
При составлении учебники автор использовал свой двадцатилетний опыт преподавания курса "Теплопередача" и научной работы на одноименной кафедре Московского высшего технического училища имени Баумана.В книге рассмотрены физические основы переноса теплоты и методы расчета процессов тепло- и массобмена.Изложен метод обобщенных координат (теория подобия), основные положения которого разработаны учеными нашей страны.Приведены методы численного решения дифференциальных уравнений теплопроводности.

Размер: px

Начинать показ со страницы:

Транскрипт

1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ ЦЕНТР ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ ДОHБАССКАЯ ГОСУДАРСТВЕHHАЯ МАШИHОСТРОИТЕЛЬHАЯ АКАДЕМИЯ Л.В ДЕМЕНТИЙ, А.П. АВДЕЕНКО КРАТКИЙ КУРС ЛЕКЦИЙ по дисциплине «ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ» Краматорск 000 0

2 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ ЦЕНТР ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ ДОHБАССКАЯ ГОСУДАРСТВЕHHАЯ МАШИHОСТРОИТЕЛЬHАЯ АКАДЕМИЯ Л.В ДЕМЕНТИЙ, А.П. АВДЕЕНКО КРАТКИЙ КУРС ЛЕКЦИЙ по дисциплине «ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ» Рекомендовано Министерством образования и науки Украины в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений Краматорск 000

3 УДК Краткий курс лекций по дисциплине "Теоретические основы теплотехники": Учеб. пособие / Л.В.Дементий, А.П.Авдеенко. Краматорск: ДГМА, с. Краткий лекционный курс содержит теоретический материал по следующим разделам: «Основы технической термодинамики», «Теплопередача» и «Прикладная термодинамика». В пособии после каждого раздела приведены вопросы для самоконтроля. Пособие может быть использовано при изучении курса «Теоретические основы теплотехники» студентами дневного и заочного отделений машиностроительных специальностей. ISBN Л.В. Дементий, А.П. Авдеенко

4 Вступление «Теоретические основы теплотехники» являются общетехнической дисциплиной, изучающей методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а также принципы действия и конструктивные особенности тепло- и парогенераторов, тепловых машин, аппаратов и устройств. Курс «Теоретические основы теплотехники» состоит из 3 основных разделов:) Основы технической термодинамики;) Теплопередача; 3) Прикладная термодинамика. Термодинамика изучает законы превращения энергии в различных физико-химических процессах, происходящих в макроскопических системах и сопровождающихся тепловыми эффектами. В зависимости от задач исследования выделяют общую, химическую, техническую термодинамику, термодинамику биологических систем и т.д. Техническая термодинамика - рассматривает процессы взаимного превращения теплоты и работы. Она устанавливает связь между тепловыми, механическими и химическими процессами, которые совершаются в тепловых и холодильных машинах, изучает процессы, происходящие в газах и парах, а также свойства этих тел при различных физических условиях. Техническая термодинамика и теория теплообмена являются теоретическим фундаментом прикладной теплотехники. 3

5 Основы технической термодинамики. Свойства рабочих тел.. Рабочее тело и его параметры Термодинамическая система представляет собой совокупность материальных тел, находящихся в механическом и тепловом взаимодействии друг с другом и с окружающими систему внешними телами. Все, что не входит в систему, называется окружающей средой. Термодинамические системы могут быть: открытые (обмен с окружающей средой и веществом и энергией); закрытые (обмен энергией); изолированные (без обмена с окружающей средой). Предметом технической термодинамики является изучение процессов взаимного преобразования теплоты и работы в различных тепловых машинах. Эти преобразования осуществляются с помощью рабочего тела. Рабочим телом могут быть твердые тела, жидкости и газы. Наиболее часто используются газы, т. к. они значительно изменяют свой объем под действием температуры. Физическое состояние тела определяется некоторыми величинами, которые характеризуют данное состояние и называются термодинамическими параметрами. Основными термодинамическими параметрами для газов являются: давление, температура, удельный объем. Давление с точки зрения молекулярно-кинетической теории есть средний результат ударов молекул газа, находящихся в непрерывном хаотическом движении, о стенки сосуда, в котором 4

6 заключен газ, и представляет собой отношение нормальной составляющей силы к поверхности, на которую действует сила: Р = N /F, где N - сила, Н; F - площадь поверхности, м. Единицы измерения давления - паскали: Па= Н / м. Поскольку эта величина мала (ат = 98066,5 Па) удобнее использовать более крупные величины: кпа = 0 3 Па; МПа = 0 6 Па; ГПа = 0 9 Па. На практике часто используют внесистемные единицы: кгс / м = мм.вод.ст. = Па 0 Па; мм. рт. ст. = 33.3 Па; бар = 0 5 Па; атм = 760 мм.рт.ст. = 035 Па. Различают давление: атмосферное, избыточное, разряжение (вакуум). Барометрами измеряют атмосферное давление - давление окружающей среды. Манометрами измеряют давление, превышающее атмосферное, которое называют избыточным. Вакуум (разряжение) - давление в данном объеме, меньше атмосферного, его измеряют вакуумметрами. Термодинамическим параметром состояния является только абсолютное давление, т.е. давление, отсчитываемое от абсолютного нуля давления. Это связано с тем, что атмосферное давление постоянно изменяется, следовательно, изменяется величина вакуума или избыточного давления. При определении абсолютного давления различают два случая: давление в сосуде больше атмосферного - Рабс = Ратм + Ризб; давление в сосуде меньше атмосферного - 5

7 Рабс = Ратм Рв. Температура с качественной стороны характеризует степень нагретости тела, с количественной стороны температура является мерой интенсивности теплового движения молекул. В термодинамике используют абсолютную температуру. В системе СИ единицей измерения абсолютной температуры (Т) является кельвин (К). Абсолютная температура всегда положительна. При температуре абсолютного нуля прекращается тепловое движение молекул. Это предельная минимальная температура и является началом для отсчета абсолютных температур. Для измерения температуры используют различные свойства тел: расширение тел от нагревания (жидкостные термометры), изменение объема при P=const или изменение давления при V=const (в газовых термометрах), изменение электрического сопротивления проводника при нагревании (термометры сопротивления), изменение электродвижущей силы в цепи термопары при изменении температуры спая, законы излучения твердых тел (в оптических пирометрах). В настоящее время кроме шкалы Кельвина используется шкала Цельсия, в которой точкой отсчета является тройная точка воды (точка, где жидкая, парообразная и твердая фазы находятся в устойчивом равновесии), температура в кельвинах (Т) равна 73,5 К, а в градусах Цельсия (t) 0.0 о С. Следовательно, между температурами имеется следующее соотношение: Т = t Градус абсолютной шкалы Кельвина численно равен градусу шкалы Цельсия, поэтому dt = dt. Известны также шкалы 6

8 Фаренгейта (Ф), Реамюра (R), Ренкина (Rа). Соотношения между ними: t o Ф=.8 t o C+3; t o R=0.8 t o C; t o Ra=.8 t o C Удельный объем (v) объем единицы массы вещества, м 3 / кг, v = V / m, где V полный объем вещества, м 3 ; m - масса вещества, кг. Плотность вещества величина, обратная удельному объему, масса единицы объема вещества, кг / м 3, ρ = / v = m / V. Таким образом, мы рассмотрели три основных параметра: давление, температуру и удельный объем... Уравнение состояния идеального газа В технической термодинамике широко применяют понятие об идеальном газе. Под идеальным газом понимают газ, у которого отсутствуют силы взаимодействия между молекулами, а молекулы не имеют объема, т.е. представляют собой материальные точки. Реально такого газа нет, но введение понятия «идеальный газ» позволило составить простые математические зависимости между величинами, характеризующими состояние тела, и на основе законов для идеальных газов создать стройную теорию термодинамических процессов. Все реальные газы при высоких температурах и малых давлениях почти полностью подходят под понятие идеальный газ и практически по свойствам не отличаются от него. Состояние 7

9 идеального газа это предельное состояние реального газа, когда давление стремится к нулю. Параметры идеального газа связаны между собой уравнением Клапейрона: P v = R T. (.) Для произвольной массы газа уравнение имеет следующий вид: P V = m R T, (.) где V полный объем, м 3 ; R газовая постоянная, Дж / (кг К). Рассмотрим физическую суть газовой постоянной. Для этого выразим ее из уравнения Клапейрона (.): R = P v / T (.3) или с учетом единиц измерения Н м / (кг К). Таким образом, газовая постоянная численно равна работе, которую выполняет кг газа, если повысить его температуру на о С. Газовая постоянная не зависит от параметров газа, а зависит от его химического состава и структуры. Значения для различных газов приведены в справочниках. Рассмотрим уравнение Клапейрона для кмоля газа: P v = R T, (.4) где v - объем кмоля, м 3 / кмоль; - масса кмоля (мольная масса), масса, выраженная в килограммах, численно равная атомной массе. Уравнение (.4) носит название уравнения Менделеева- Клапейрона. Для определения мольного объема вспомним закон Авогадро: при одинаковых температуре и давлении в равных объемах газа 8

10 содержится одно и то же количество молекул или моль любого газа при нормальных условиях занимает один и тот же объем: v =.4 л/моль =.4 м 3 /кмоль. (.5) Выразим из уравнения (.4) произведение R и определим его значение при нормальных условиях: R = 035 *.4 / 73 = 834 Дж/(кмоль К). При подстановке полученной величины в уравнение (.4) получим вторую формулировку уравнения Менделеева-Клапейрона: P v = 834 T. (.6) Величину R = 834 Дж/(кмоль К) называют универсальной газовой постоянной. Это величина, постоянная для всех газов при нормальных физических условиях, она не зависит от химического состава газа, но в отличие от газовой постоянной зависит от параметров газа...3 Смеси идеальных газов На производстве редко используют отдельные газы, чаще используют смеси газов. Смеси идеальных газов характеризуются тем, что в них каждый газ ведет себя независимо от других газов. Это подтверждается законом Дальтона каждый газ в смеси газов осуществляет парциальное давление. Парциальное давление отдельного газа газовой смеси это такое давление, которое имел бы этот газ находясь один в том же количестве, в том же объеме и при той же температуре, что и в смеси: Р = Р + Р + + Р i, (.7) т.е. общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений этих газов. 9

11 Для характеристики смеси газов используют массовые и объемные доли. Массовая доля отношение массы данного газа (m i) к общей массе смеси (m): g i = m i / m. Объемная доля отношение объема отдельно взятого газа, входящего в состав смеси, (v i) к общему объему смеси (v): r i = v i / v. Нетрудно заметить, что g i =, r i =. Зависимости между массовыми и объемными долями, полученные на основе закона Авогадро (.5) и уравнения Менделеева-Клапейрона (.4), имеют следующий вид: g i = r i R см / R i ; r i = g i R i / R см. Парциальное давление каждого газа, составляющего смесь, можно определить, зная объемную долю газа (r i): P i = r i P. Установлено, что смеси идеальных газов полностью подчиняются законам идеальных газов. Их состояние характеризуется уравнением Клапейрона (.): P V см = m R см T, (.8) где R см газовая постоянная смеси идеальных газов, Дж/ (кг К). Для определения значения R см запишем уравнение Клапейрона для і го газа: P i v i = m i R i T. (.9) Выразим массу каждого газа через массовую долю газа g i и общую массу m и подставим в уравнение (.9): m i = m g i ; P i v i = m g i R i T. Для смеси газов получим: 0

12 P i V см = m T (g i R i) или P V см = m Т (g i R i). (.0) При сравнении уравнений (.8) и (.0) получим выражение для определения газовой постоянной смеси: R см = (g i R i). Газовая постоянная смеси равна алгебраической сумме произведений массовых долей газов, составляющих смесь, на их газовые постоянные. Газовую постоянную смеси можно определить и через универсальную газовую постоянную: R см = 834 /μ см; R см = 834 (g i / і), где μ см молекулярная масса смеси газов, кг / кмоль; μ і - молекулярная масса отдельного газа, кг / кмоль. Молекулярная масса смеси газов равна алгебраической сумме произведений объемных долей отдельных газов (r i), входящих в смесь, на их молекулярные массы (r i): см = (r i i)...4 Теплоемкость идеального газа Теплоемкость это количество тепла, необходимое для нагрева тела на один градус. Удельная теплоемкость количество тепла, необходимое для нагревания единицы количества вещества на один градус. В зависимости от единиц измерения количества вещества различают: массовую теплоемкость С, Дж / (кг К); объемную теплоемкость С, Дж / (м 3 К); мольную теплоемкость - С, Дж / (кмоль К).

13 Между различными видами теплоемкостей существует следующая зависимость: С = С /.4 ; С = С / ; С = С /. Различают среднюю (С) и истинную (С) теплоемкость: С = q - / (t t), С = lim (q / t) = dq / dt = dq / dt, где q - теплота, подводимая к газу в процессе нагревания от температуры t до температуры t. Истинная теплоемкость первая производная от количества теплоты, подводимой в процессе нагрева к телу, по его температуре. Теплоемкость газа не постоянна. Она зависит от температуры и давления. Влияние давления на теплоемкость газов незначительное, поэтому обычно учитывают только влияние температуры. Зависимости средней теплоемкости от температуры: если тело нагревается от 0 до некоторой температуры t - С = a + b t / ; если тело нагревается от температуры t до температуры t - С = a + b (t + t), где a, b, коэффициенты, зависящие от природы газа, определяются экспериментально и приводятся в справочных таблицах. Количество теплоты, необходимое на нагрев тела, можно определить следующим образом: Q = m С (t - t). Теплоемкость зависит от способа подвода теплоты к газу. Чаще всего используют способа: при V = const (изохорный процесс) - C v ;

14 при P = const (изобарный процесс) - С р. Теплоемкости при постоянном давлении и постоянном объеме связаны между собой следующими соотношениями: С р = C v + R ; С р / C v = к, (.) где R - газовая постоянная, Дж /(кг К); к - показатель адиабаты, зависит от количества атомов в молекуле газа: для одноатомных газов - к =.66; для двухатомных газов - к =.4; для трех- и многоатомных - к =.33. Анализ уравнений (.) показывает, что во время нагревания газа при P=const затрачивается тепла больше, чем при V=const. Значение теплоемкости приближенно можно рассчитать следующим образом: C V = R / (К -) ; C P = К R / (К). Массовую С см и объемную С см теплоемость газовых смесей определяют по формулам: C см = Σ (C i g i) ; C см = Σ (C i r i), где C i массовая теплоемкость отдельного газа, Дж / (кг К); g i массовые доли газов, составляющих смесь; C i объемная теплоемкость отдельного газа, Дж / (м 3 К); r i объемные доли газов, составляющих смесь...5 Вопросы для самоконтроля Охарактеризуйте основные параметры рабочего тела. Какие виды давлений Вы знаете и какой из них используется в качестве термодинамического параметра? 3 С какой целью введено понятие «идеальный газ»? 3

15 4 Что характеризует уравнение Клапейрона? В чем заключается физическая суть газовой постоянной? 5 Газовая постоянная и универсальная газовая постоянная, отличие и связь между ними. 6 Охарактеризуйте особенности смесей идеальных газов и их основные характеристики. 7 В чем причина такого многообразия видов теплоемкостей?. Первый закон термодинамики.. Классификация термодинамических процессов Совокупность изменений состояния термодинамической системы при переходе из одного состояния в другое под воздействием окружающей среды называют термодинамическим процессом. Он может быть равновесным и неравновесным. Равновесный процесс процесс, проходящий через равновесные состояния, т.е. когда параметры газа одинаковы во всех точках объема. Равновесные процессы протекают настолько медленно, что в любой момент времени между рабочим телом и окружающей средой устанавливается равновесие. Основное условие равновесности - бесконечно медленное протекание процесса при бесконечно малой разности температуры и давления между окружающей средой и рабочим телом. Реальные процессы неравновесные. Неравновесность реальных процессов определяется, прежде всего, тем, что под влиянием внешних условий они протекают с конечными скоростями 4

16 и в рабочем теле не успевает устанавливаться равновесное состояние. Равновесные процессы для любого момента времени имеют фиксированные значения основных параметров, поэтому изображаются графически, с помощью диаграмм, например PVдиаграмм. Обратимые процессы процессы, протекающие через одни и те же равновесные состояния как в прямом, так и в обратном направлении. В термодинамике обратимым называют такой процесс, при совершении которого в прямом и обратном направлениях не происходит остаточных изменений ни в самой системе, ни в окружающей среде. Основные условия обратимости процессов: условие внешней обратимости - температурное и механическое равновесие, т.е. равенство температур и давлений рабочего тела и окружающей среды; условие внутренней обратимости - отсутствие трения, диффузии и других односторонне направленных процессов. Круговой процесс (цикл) ряд последовательных изменений равновесных состояний рабочего тела, в результате которых оно возвращается в исходное состояние. В природе и технике в чистом виде круговых процессов или циклов не существует, но абстрактное понятие о них позволяют решать многие задачи в теории тепловых двигателей... Работа расширения газа 5

17 Работа является количественной мерой передачи энергии одного тела другому путем механического (расширение, сжатие) или теплового (охлаждение, нагрев) воздействия. В технической термодинамике большое значение имеет работа, совершаемая системой при изменении объема. Чтобы получить представление об этой работе, выделим на воображаемой оболочке газа, определяющей границу термодинамической системы, элементарную площадку df. Подведем к газу тепло. Газ начнет расширяться и выполнять работу против внешних сил. Эта работа определяется как произведение силы (dn = P df) на величину перемещения dn: dl = Рdf dn или dl = P dv. Изобразим это на pv-диаграмме (рис..). P P P V dv V V Рисунок. PV-диаграмма На PV -диаграмме работа, которую совершил газ, определяется как площадь, находящаяся ниже линии процесса (линия -) и ограниченная ординатами удельного объема v и v. 6

18 v l p*dv v В общем случае, когда масса газа не равна кг, полная работа (L), совершаемая системой, определяется по формуле L = l m. Работу, совершаемую системой над окружающей средой, (расширение) принято считать положительной (полезной), а работу, совершаемую окружающей средой над системой, (сжатие) - отрицательной. Единицами измерения полной работы в системе СИ является джоуль (Дж), удельной работы Дж / кг. Работа всегда связана с перемещением тел в пространстве, поэтому она характеризует упорядоченную форму передачи энергии от одного тела к другому и является мерой переданной энергии. Поскольку величина работы пропорциональна увеличению объема, то в качестве рабочих тел, предназначенных для преобразования тепловой энергии в механическую, целесообразно выбирать такие, которые допускают значительные увеличения объема. Этим качеством обладают газы и пары жидкостей...3 Внутренняя энергия газа Внутренняя энергия системы включает в себя: кинетическую энергию поступательного, вращательного и колебательного движения частиц; потенциальную энергию взаимодействия частиц; энергию электронных оболочек атомов; 7

19 внутриядерную энергию. В большинстве теплоэнергетических процессов две последние составляющие остаются неизменными. Поэтому в дальнейшем под внутренней энергией мы будем понимать энергию хаотического движения молекул и атомов, а также потенциальную энергию сил взаимодействия между молекулами. Кинетическая энергия молекул является однозначной функцией температуры, значение потенциальной энергии зависит от среднего расстояния между молекулами, следовательно, от занимаемого газом объема. Внутренняя энергия зависит только от основных параметров газа, поэтому является 4-м параметром состояния газа. Внутренняя энергия идеального газа, в котором отсутствуют силы взаимодействия между молекулами, не зависит от объема газа или давления, а определяется только его температурой. Обозначим полную внутреннюю энергию газа U (джоуль), а удельную, отнесенную к кг газа, - u (джоуль на килограмм). В термодинамике определяют не абсолютное значение внутренней энергии, а ее изменение. Поэтому условно за нулевую точку отсчета произвольно взята температура Т = 73 К. U = U U, где U внутренняя энергия в начальном состоянии, Дж; U внутренняя энергия в конечном состоянии, Дж. Для бесконечно малого изменения состояния: du =C v dt. Изменение полной внутренней энергии для конечного интервала изменения температуры можно определить по формулам: u = С v (T T); U = m С v (T T). В этих формулах С v теплоемкость рабочего тела при постоянном объеме, Дж / (кг К). 8

20 ..4 Аналитическое выражение -го закона термодинамики. Энтальпия Первый закон термодинамики представляет собой частный случай всеобщего закона сохранения и превращения энергии применительно к тепловым процессам. Этот закон является фундаментальным законом природы, который получен на основе обобщения огромного количества экспериментальных данных и применим ко всем явлениям природы. Он утверждает, что энергия не исчезает и не возникает вновь, она лишь переходит из одной формы в другую, причем убыль энергии одного вида дает эквивалентное количество энергии другого вида. Рассмотрим некоторое рабочее тело (газ) с объемом V и массой m, имеющее температуру Т и давление Р. Газу сообщается извне определенное количество тепла Q. В результате подвода теплоты газ будет нагреваться и расширяться. С энергетической точки зрения повышение температуры тела свидетельствует о увеличении внутренней энергии. Поскольку рабочее тело окружено средой, которая оказывает на него давление, то при своем расширении оно производит полезную работу против его внешнего давления. Так как никаких других изменений в системе не происходит, то по закону сохранения энергии можно записать: dq = du + dl (.) или, если масса равна кг, - dq = du + dl = du + p dv, (.3) т.е. теплота, сообщаемая системе, идет на приращение ее внутренней энергии и на совершение полезной работы. Полученное уравнение является математическим выражением первого закона термодинамики. Рассмотрим уравнение (.3): работу запишем как произведение давления на изменение объема (dl=pdv) и, используя 9

21 математический прием (прибавление и вычитание одной и той же величины vdp), проведем математические преобразования: dq=du+pdv+vdp-vdp=du+d(pv)-vdp=d(u+pv)-vdp. Обозначим величину u+pv буквой h (энтальпия) и получим: dq = dh v dp. (.4) Энтальпия представляет собой полную энергию термодинамической системы, равную сумме внутренней энергии системы и потенциальной энергии, которая обусловлена тем, что газ находится под давлением. Единицы измерения полной энтальпии (Н) - джоуль, удельной энтальпии (h) джоуль на килограмм. Рассмотрим элементарное изменение энтальпии: dh = du + d(pv). Подставим в это уравнение du=c v dt и рv=rt: dh = C v dt + R dt = dt (Cv + R) = Cp dt или для конечного процесса при произвольной массе газа: H = m С p (T - T). (.5) Энтальпия это теплота, подводимая к телу в процессе нагрева его при постоянном давлении. Энтальпия является функцией основных параметров (u,p,v) и принята за 5-й основной параметр состояния рабочего тела...5 Первый закон термодинамики для потока газа Рассмотрим схематичную работу теплового двигателя. Поток газа массой кг с параметрами - давление р, удельный объем v и скорость - через входной патрубок поступает в тепловой 0

22 двигатель, где к нему подводится теплота извне q н. После совершения полезной работы газы выходят через выхлопной патрубок с параметрами p,v и скоростью. Запишем -й закон термодинамики в общем виде: q = u + l. (.6) Проанализируем каждый член уравнения (.6). Теплота q состоит из частей: теплоты, подводимой к потоку извне, q н и теплоты, возникающей за счет трения подвижных частей о неподвижные, q тр. Изменение внутренней энергии u определяется разностью внутренней энергии газа в конечном и начальном состоянии. Работа расширения газа состоит из 5 составных частей: - работа по вталкиванию порций газа во входном патрубке - работа выполняется за счет внешнего источника энергии, считается отрицательной, эта работа вталкивания равна р v ; - работа, которую выполняет газ после агрегата по выталкиванию предыдущей порции газа из патрубка - эта работа положительная и равна р v ; - часть работы расходуется на трение l тр; - полезная (техническая) работа, которая выполняется в агрегате l т; - работа, которая расходуется на увеличение кинетической энергии потока газа. Подставим полученную информацию в уравнение (.6) : q н +q тр = u -u - p v + p v + l тр + l т + (ω ω) /. В данном выражении q тр = l тр (согласно закону сохранения энергии), u + p v = h и u + p v = h, тогда q н = h - h + l т + (ω ω) /. (.7)

23 Уравнение (.7) является математическим выражением -го законa термодинамики для потока газа. В дифференциальном виде уравнение имеет вид dq н = dh + dl т + d. (.8) Количество теплоты, подводимое к потоку газа извне, расходуется на увеличение энтальпии потока газа, увеличение кинетической энергии и на выполнение технической работы...6 Энтропия газов Клаузиусом для более полного исследования термодинамических процессов был введен 6-й параметр состояния - энтропия. Величина dq=du+pdv не является полным дифференциалом. Действительно, чтобы проинтегрировать правую часть, нужно знать зависимость давления от объема, т.е. процесс, который совершает газ. В математике есть прием превращения в полный дифференциал путем умножения (или деления) на интегрирующий множитель (или делитель). Для элементарного количества теплоты dq интегрирующим делителем является абсолютная температура Т. Рассмотрим это на примере идеального газа. Подставим в уравнение (.3) выражения для внутренней энергии,а давление выразим через параметры газа: dq = C v dt + R T dv / v. (.9) Для превращения в полный дифференциал разделим обе части уравнения (.9) на абсолютную температуру Т: dq / T = C v dt / T + R dv / v. (.0)

24 Величина dq /T при равновесном изменении состояния газа есть полный дифференциал некоторой функции состояния и называется энтропией (ds). Единицы измерения полной энтропии (S) джоуль на кельвин, удельной энтропии (s) джоуль на килограмм-кельвин. Энтропия функция состояния термодинамической системы, которая характеризует хаотичность (неупорядоченность) системы. Энтропию часто называют приведенной теплотой, т.к. она показывает отношение теплоты до абсолютной температуры газа. После интегрирования уравнения (.0) получим: T S S Cv ln R ln T v. (.) Используя уравнение Клапейрона, можно легко получить выражения изменения энтропии через другие параметры рабочего тела: S P S C ln ln P C v v v v ; (.) T S S Cv ln R ln T v. (.3) Энтропия есть функция состояния рабочего тела, поэтому уравнениями (.) (.3) можно пользоваться вне зависимости от пути перехода рабочего тела между состояниями. Понятие энтропии позволяет ввести удобную для термодинамических расчетов TS-диаграмму, на которой состояние системы изображается точкой, а равновесный процесс линией (рис..). Из определения энтропии можно записать: dq=tds. (.4) v 3

25 Из уравнения (.) видно, что тепло и энтропия изменяются в одном и том же направлении, т.к. абсолютная температура всегда положительна: при нагревании тела (dq>0) его энтропия возрастает (ds>0), при охлаждении тела (dq<0) его энтропия убывает (ds<0). Т, К Т Т S ds S S, Дж/(кг К) Рисунок. TS-диаграмма Выделим на TS-диаграмме элементарное изменение энтропии ds. Произведение TdS характеризует площадь прямоугольника и равно элементарной теплоте. Проинтегрируем уравнение (.4). Геометрический смысл интеграла - это сумма элементарных площадей dst, т.е. получим площадь, ограниченную линиями S =const, S =const и линией процесса - (см. рис..): q S S TdS Таким образом, на TS-диаграмме площадь, ограниченная линий процесса, крайними ординатами и осью абсцисс, эквивалентна теплоте процесса.. 4

26 ..7 Термодинамические процессы идеальных газов -й закон термодинамики устанавливает связь между теплотой, изменением внутренней энергии и механической работой. При этом количество теплоты, подводимое к рабочему телу, зависит от способа подвода теплоты или характера термодинамического процесса. Выделяют следующие методы подвода теплоты к рабочему телу: изохорный - V = const; изобарный - P = const; изотермический - T = const; адиабатный - q = const; политропный - С = const. При исследовании термодинамических процессов необходимо: Построить процесс на PV- и TS-диаграммах. Определить начальные и конечные параметры рабочего тела. 3 Вывести уравнение процесса, устанавливающее связь между начальными и конечными параметрами рабочего тела в данном процессе. 4 Определить изменение внутренней энергии, энтропии и величину работы изменения объема газа. Рассмотрим по данной схеме основные термодинамические процессы. Изохорный процесс Изохорным называют процесс, протекающий при неизменном объеме рабочего тела, V=const, dv=0. 5

27 Связь между конечными и начальными параметрами выражается законом Шарля: при постоянном объеме давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре: Р / Р = Т / Т. (.5) Работа расширения в изохорном процессе равна нулю, так как изменение объема равно нулю. Следовательно, согласно -му закону термодинамики можно записать: dq = du = C v dt, (.6) или для конечного изменения температуры и произвольной массы газа: U = m С v (T - T). (.7) Все тепло, которое подводится к газу в изохорном процессе, расходуется на увеличение внутренней энергии газа, т.е. газ нагревается. Изменение энтропии в изохорном процессе можно определить следующим образом: S S = C v ln (Р /Р) = C v ln (T /T). (.8) Зависимость энтропии от температуры имеет логарифмический характер. Изобарный процесс Изобарным называют процесс, протекающий при постоянном давлении, p=const, dp=0. Связь между конечными и начальными параметрами выражается законом Гей Люссака: в изобарном процессе объем газа прямо пропорционален его абсолютной температуре: V / V = T / T. (.9) Работа, которую выполняет газ при расширении, в данном случае определяется следующим образом: L = p (V - V). (.30) 6

28 Количество теплоты, затраченное на расширение газа при постоянном давлении, равно изменению энтальпии газа: q = h = С p (T - T). (.3) Изменение энтропии можно определить, зная изменение температур или объемов рабочего тела: S S = C р ln (v /v) = C p ln (T /T). (.3) Т V=const P=const Рисунок.3 ТS - диаграмма изобарного и изохорного процессов Сравним на TS -диаграмме два процесса (рис..3) изохорный (линия -) и изобарный (линия -). Из рис..3 видно, что при нагревании газа до одной и той же температуры при постоянном давлении требуется затратить больше тепла, чем при постоянном объеме. Изотермический процесс Изотермическим называют процесс, протекающий при постоянной температуре, Т=const, dt=0. Связь между конечными и начальными параметрами выражается законом Бойля-Мариотта: при изотермическом сжатии давление газа возрастает, а при расширении падает: Р / Р = V /V или РV = const. (.33) Изменение внутренней энергии равно нулю, т.к. Т= const. 7

29 В изотермическом процессе все тепло, подводимое к газу, расходуется на выполнение полезной работы. Работа изотермического процесса определяется: l = p v ln (v / v) = R T ln (v / v). (.34) Изменение энтропии можно определить по формуле S S = R ln (v /v) = R ln (P /P). (.35) Адиабатный процесс Адиабатным называют процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой, q=const, dq=0. Для осуществления такого процесса следует либо теплоизолировать газ, либо провести процесс настолько быстро, чтобы изменение температуры газа, обусловленное теплообменом, было пренебрежительно мало по сравнению с изменением температуры, вызванным расширением или сжатием газа. Уравнение адиабаты имеет следующий вид: р v к = const или p v к = p v к, (.36) где к - показатель адиабаты, зависящий от природы газа. Сравним изотермический и адиабатный процессы на PVдиаграмме (рис..4). Графиком изотермического процесса в pvкоординатах, как показывает уравнение (.33), является равнобокая гипербола, для которой оси служат асимптотами. Поскольку к >, то линия адиабаты (-3) идет круче линии изотермы (-). Р 3 8 V

30 Рисунок.4 РV-диаграмма изотермического и адиабатного процессов Для определения связи между основными параметрами адиабатного процесса решим совместно уравнение Клапейрона и уравнение адиабаты для состояний. В результате получим: T T V V K P P K K. Работа расширения при адиабатном процессе согласно -му закону термодинамики совершается за счет уменьшения внутренней энергии: q = u + l = 0 ; l = - u = C v (T - T). (.37) Работу расширения в адиабатном процессе можно вычислить и по другой формуле: l = R (T T) / (к-) = (p v p v) / (к -). (.38) Энтропия рабочего тела в адиабатном процессе не изменяется, т.к. dq=0. Следовательно, на TS-диаграмме адиабатный процесс изображается вертикальной линией. Политропные процессы Имеется группа процессов, которые протекают при постоянной теплоемкости. Условились эти процессы называть политропными. Они описываются уравнением вида р v n = const, где n показатель политропы, может принимать любое численное значение в пределах от - до +, но для данного процесса эта величина постоянная. 9

31 Учитывая внешнее сходство уравнений политропы и адиабаты, можно связь между основными параметрами представить в следующем виде: T T V V n P P n n. формуле Работа расширения в политропном процессе определяется по l = R (T T) / (n-) = (p v p v) / (n -). (.39) Количество подведенного (или отведенного) тепла можно определить с помощью -го закона термодинамики: q = C v (n - к) (T T) / (n -) = C n (T T), где C n - теплоемкость идеального газа в политропном процессе. Изменение энтропии в политропном процессе: S S = С n ln (T / T). Политропный процесс имеет обобщающие значения, т.к. охватывает всю совокупность основных термодинамических процессов. Рассмотрим это на диаграммах рис..5. P n=± T n=0 n= n=к n= n=0 n=± n=к V S 30

32 Рисунок.5 Частные случаи политропного процесса Из рис..5 видно: для изобарного процесса - n=0, С n = C p ; для изотермического процесса - n=, С n = ; для адиабатного процесса - n = к, C n = 0; для изохорного процесса - n = ±, C n =C v. Процессы, находящиеся правее изохоры, характеризуются положительной работой, процессы, расположенные левее изохоры отрицательной работой. Процессы, расположенные правее и выше адиабаты, идут с подводом теплоты к рабочему телу, процессы, лежащие левее и ниже адиабаты, протекают с отводом теплоты. Для процессов, расположенных над изотермой,характерно увеличение внутренней энергии; процессы, расположенные под изотермой, сопровождаются уменьшением внутренней энергии...8 Вопросы для самоконтроля Охарактеризуйте равновесные и неравновесные, обратимые и необратимые термодинамические процессы. Каким образом можно определить работу расширения? 3 Какими свойствами обладает PV-диаграмма? 4 Что характеризует внутренняя энергия рабочего тела и как ее можно рассчитать? 5 В чем заключается сущность -го закона термодинамики? 6 В чем заключается особенность -го закона термодинамики применительно к потоку газа? 7 Что характеризует энтропия рабочего тела и каким образом ее можно определить? Свойства TS-диаграммы. 3

33 8 Какие этапы включает в себя исследование термодинамических процессов идеальных газов? 9 Дать характеристику изохорных процессов. 0 Какова особенность изобарных процессов? Сравните эти процессы на TS-диаграмме. Охарактеризуйте изотермические процессы. Какова особенность адиабатных процессов? Сравните изотермический и адиабатный процесс на p-v-диаграмме. 3 Покажите на диаграммах обобщающее значение политропного процесса..3 Реальные газы.3. Свойства реальных газов Реальные газы отличаются от идеальных тем, что молекулы этих газов имеют конечные собственные объемы и связаны между собой силами взаимодействия, имеющими электромагнитную и квантовую природу. Отличие свойств реальных газов от идеальных исключило возможность применения к ним в чистом виде законов идеального газа. При практических расчетах различных свойств реальных газов находит широкое применение отношение (.40), которое получило название коэффициента сжимаемости (с): с = рv / R T. (.40) Коэффициент сжимаемости характеризует отклонение свойств реального газа от свойств идеального. Для идеальных газов при любых условиях с=, для реальных газов значение коэффициента сжимаемости в зависимости от давления и температуры может быть больше или меньше и только при очень малых давлениях и высоких температурах оно практически равно единице. 3

34 Одной из первых попыток аналитически описать свойства реальных газов является уравнение Ван-дер-Ваальса (873 г.). Им было введено две поправки в уравнение Клапейрона: a P (v b) v 33 RT, где a и b - постоянные для данного газа. Слагаемое а / v в первом множителе учитывает влияние сил взаимодействия молекул; во втором множителе b учитывает влияние объема молекул. Легко видеть, что применительно к идеальному газу это уравнение принимает вид уравнения состояния Клапейрона. Практически пользоваться уравнением Ван-дер- Ваальса нельзя, т.к. оно дает результаты, недостаточно точные для нужд современной техники. Наиболее точным является в настоящее время уравнение состояния реальных газов, разработанное М.П.Вукаловичем и Н.И.Новиковым (939 г.) При выводе своего уравнения авторы учитывали влияние ассоциации и диссоциации молекул под влиянием межмолекулярных сил взаимодействия: a (P)(v b) RT 3 m v где a,b - постояные уравнения Ван-дер-Ваальса, приведенные в справочных таблицах; c,m - коэффициенты, зависящие от природы газа, определяются экспериментально и приводятся в справочных таблицах. Однако для практических целей пользоваться этим, как и другими уравнениями состояния реального газа, неудобно вследствие сложности их и необходимости выполнения трудоемких вычислений. Обычно пользуются готовыми данными, например для vt C,

35 водяного пара существуют таблицы водяного пара и энтальпийноэнтропийные диаграммы водяного пара. Во многих отраслях народного хозяйства в качестве рабочих тел используются пары различных веществ (воды, аммиака, углекислого газа, фреонов и др.) и атмосферный воздух. Наиболее часто используемые - это водяной пар и атмосферный воздух..3. Водяной пар Процесс превращения вещества из жидкого состояния в газообразное называют парообразованием. Испарением называют парообразование, которое происходит всегда при любой температуре со свободной поверхности жидкости или твердого тела. Сущность процесса испарения: отдельные молекулы, имеющие большие скорости, преодолевают притяжение соседних молекул и вылетают в окружающее пространство. Интенсивность испарения возрастает с увеличением температуры. Процесс кипения заключается в том, что если к жидкости подводить теплоту, то при некоторой температуре, зависящей от физических свойств рабочего тела и давления, наступает процесс парообразования как на свободной поверхности жидкости, так и внутри. Переход вещества из газообразного состояния в жидкое называется конденсацией. Процесс конденсации, так же как и процесс парообразования, протекает при постоянной температуре, если при этом давление не меняется. Если воду поместить в закрытый сосуд, то молекулы, испаряющиеся со свободной поверхности, будут заполнять пространство над жидкостью. Одновременно часть молекул будет 34

36 снова возвращаться в жидкость. В некоторый момент количество молекул, вылетающих из жидкости, будет равно количеству молекул, возвращающихся в жидкость. В этот момент в пространстве над жидкостью будет находиться максимально возможное количество молекул. Пар в этом состоянии имеет максимальную плотность при данной температуре и называется насыщенным водяным паром, т.е. паром, соприкасающимся с жидкостью и находящимся в термическом с ней равновесии. С изменением температуры жидкости равновесие нарушается, вызывая соответствующее изменение плотности и давления насыщенного пара. Насыщенный пар, в котором отсутствуют взвешенные высокодисперсные частицы жидкой фазы, называется сухим насыщенным паром. Состояние сухого насыщенного пара определяется только одним параметром - давлением, или удельным объемом, или температурой. Насыщенный пар, в котором содержатся взвешенные высокодисперсные частицы жидкой фазы, равномерно распределенные по всей массе пара, называется влажным насыщенным паром. Отношение массы сухого насыщенного пара к суммарной массе влажного насыщенного пара называется степенью сухости пара или паросодержанием (х): для кипящей жидкости - х = 0; для сухого насыщенного пара - х = ; для влажного насыщенного пара - 0 < x <. Массовая доля кипящей жидкости во влажном паре, равная (- х), называется степенью влажности пара. Состояние влажного пара определяется двумя параметрами: температурой (или давлением) и степенью сухости пара. Если сухому насыщенному пару сообщить некоторое количество теплоты при постоянном давлении, то температура его будет возрастать. Такой пар называют перегретым, он при данном 35

37 давлении имеет более высокую температуру и удельный объем, чем сухой насыщенный пар. Теперь, вспомнив основные понятия, можно приступить к рассмотрению PV диаграммы процесса парообразования. Фазовая PV- диаграмма системы, состоящей из жидкости и пара, представляет собой график зависимости удельных объемов воды и пара от давления (рис..6). Р, Па Е К P N S A A B D В v 0 А v v v Рисунок.6 PV-диаграмма водяного пара Пусть вода при 0 о С и некотором давлении Р занимает удельный объем v 0 (отрезок NS). Вся кривая АЕ выражает зависимость удельного объема воды от давления при температуре 0 0 С. Кривая АЕ практически параллельна оси ординат, т.к. вода - вещество практически несжимаемое. Если при P=const сообщать воде теплоту, то ее температура и удельный объем будут расти. При некоторой температуре t н вода закипает, а ее удельный объем v` в точке A достигнет при данном давлении максимального значения. Кривая АК - зависимость удельного объема кипящей воды от давления, ее называют пограничной кривой жидкости (нижняя 36

38 пограничная кривая). Характеристикой кривой АК является степень сухости х=0. При дальнейшем подводе теплоты при P=const начнется процесс парообразования. При этом количество воды уменьшается, а количество пара растет. В момент окончания парообразования в точке В пар будет сухим насыщенным. Если процесс парообразования протекает при P=const, то температура его не изменяется и процесс А В является одновременно изобарным и изотермическим. Кривая КВ выражает зависимость удельного объема сухого насыщенного пара от давления, называется пограничной кривой газа (верхняя пограничная кривая). Характеристикой кривой КВ является степень сухости х=. Точка А соответствует состоянию кипящей жидкости в тройной точке (t 0 =0.0 о C), а изобара АВ соответствует состояниям равновесия всех трех фаз, она практически сливается с осью абсцисс (Р 0 =0.006 бар). Если к сухому насыщенному пару подводить теплоту при P=const, то его температура и объем будут расти, а пар из сухого насыщенного перейдет в перегретый (точка D). На диаграмме можно выделить следующие характерные зоны: между осью ординат и изотермой ЕА - "вода + лед"; между ЕА и нижней пограничной кривой АК - "жидкость"; между нижней и верхней пограничными кривыми АК и КВ - "вода + пар"; вправо и вверх от КВ - "перегретый пар". Точку А (вода находится одновременно в жидком, твердом и газообразном состояниях) называют тройной точкой воды, ее параметры: Р 0 = бар, Т = 0.0 о C, V 0 = 0.00 м 3 / кг. 37

39 Верхняя и нижняя пограничные кривые сходятся в одной точке К, которую называют критической точкой. Критическая точка является конечной точкой фазового перехода «жидкость пар», начинающегося в тройной точке воды. Выше этой точки существование вещества в двухфазном состоянии невозможно. Параметры критической точки для воды: T к = 374. о С; v к = м 3 /кг; p к =.5 МПа. Для практических расчетов теплоэнергетических процессов, в которых используется водяной пар, требуются термодинамические параметры кипящей воды и сухого насыщенного пара. Эти данные берут из таблиц теплофизических свойств воды и водяного пара, которые получены расчетами по уравнению Вукаловича- Новикова. В этих таблицах величины со штрихом относятся к воде, нагретой до температуры кипения, а величины с двумя штрихами - к сухому насыщенному пару. За нулевое состояние, от которого отсчитываются величины энтальпии и энтропии, условно принято состояние воды в тройной точке. Количество теплоты, затраченное на парообразование кг воды при температуре кипения до сухого насыщенного пара, называется удельной теплотой парообразования и обозначается - r, кдж/кг. Состояние кипящей воды и сухого насыщенного пара определяется только одним параметром, поэтому по известному давлению или температуре по таблице можно определить все эти значения. Удельная внутренняя энергия определяется из общей формулы для энтальпии: u = h p v. 38

40 Термодинамические величины влажного насыщенного пара определяются по правилу аддитивности: v x = x v + (x) v = v + x (v v); h x = h + x (h h) = h + r x; s x = s + x (s s) = s + r x/ T н; u x = h x p v x. Теперь рассмотрим TS-диаграмму процесса парообразования при заданном давлении Р (рис.7). Т, К Д В М С 73 А Т н S S x S S S, кдж/кг Рисунок.7 TS-диаграмма водяного пара при постоянном давлении На диаграмме линия АВ характеризует изменение энтропии воды в изобарном процессе; точка В - кипящая вода, параметры S` и T н - при данном давлении. Количество теплоты, затраченное на нагрев воды до температуры кипения, эквивалентно площади под кривой АВ, с некоторым допущением она равна удельной энтальпии кипящей воды h. 39

41 Линия ВС характеризует процесс парообразования (P=const, T=const).Количество теплоты, подведенное при парообразовании и равное r, определяется площадью под кривой ВС: r = T н (S S). Точка С характеризует конец парообразования - состояние сухого насыщенного пара. Если в конце испарения получаем влажный пар (например, точка М) со степенью сухости х, то количество теплоты определяется площадью под линией ВМ: (Sx S) T н = r x. Степень сухости можно найти из соотношения x = ВМ / ВС = (Sx S) / (S S). Линия СД характеризует нагрев сухого насыщенного пара, т.е. получение перегретого пара. Теплота, которая при этом затрачивается, равна площади под кривой СД. В общем, для любого давления TS-диаграмма водяного пара имеет следующий вид (рис..8). Т К Р х=0 Р Р 3 А В х=0. х=0.9 х=.0 40 S

42 Рисунок.8 ТS-диаграмма водяного пара На диаграмме точка А соответствует тройной точке воды (S 0 =0, T 0 =73,6 К); линия АК характеризует нижнюю пограничную кривую, соответствует кипящей воде; линия КВ-верхняя пограничная кривая, соответствует сухому насыщенному пару. Левее линии АК находится область жидкостей, между линиями АК и КВ - двухфазная область влажного насыщенного пара, вправо и вверх от линии КВ - область перегретого пара, точка К-критическая точка. Линия АВ - нулевая изотерма-изобара, ниже которой вода находится в виде льда и пара. На диаграмму наносят изобары, изохоры и линии постоянной степени сухости. На TS-диаграмме площадь под кривой процесса эквивалентна количеству теплоты, подведенной или отведенной от рабочего тела. Достаточно широко применяется диаграмма при теоретических исследованиях. Энтальпийно-энтропийная диаграмма водяного пара Эта диаграмма впервые предложена Молье. Достоинством диаграммы является то, что техническая работа и количество теплоты изображаются отрезками линий, а не площадями, как в TSдиаграмме. Диаграмма строится путем переноса числовых данных таблиц водяного пара в TS-координаты (рис..9). За начало координат принято состояние воды в тройной точке (s 0 =0; h 0 =0). Откладывая на диаграмме для различных состояний значения энтальпии и энтропии для воды при температуре кипения и сухого насыщенного пара, получают нижнюю и верхнюю пограничные кривые. Линии изобар-изотерм в области влажного пара представляют собой веер прямых наклонных линий, тангенс угла наклона которых 4

43 равен абсолютной температуре данного состояния. Крайняя изобара критического давления идет наиболее круто. Отсюда следует, что точка К лежит не на вершине, как в TS-диаграмме, а на левом склоне пограничной кривой. h, кдж/кг Р Р Т Р 3 Т Р 4 К Т 3 Т 4 В A S, кдж/ (кг К) Рисунок.9 hs-диаграмма водяного пара В области перегретого пара изобары и изотермы расходятся, изобары имеют логарифмическую зависимость, а изотермы постепенно переходят в горизонтальные прямые. На диаграмме наносят также линии постоянного объема, идущие круче изобар (пунктирные линии, на рис..9 не показаны). Рассмотрим, сколько необходимо знать параметров системы, чтобы однозначно определить ее положение на диаграмме: в области влажного пара - параметра: х и Р(Т) ; кипящая вода (линия АК) - параметр: Р(Т) ; сухой насыщенный пар (линия КВ) - параметр: Р(Т); перегретый пар - параметра: Р и Т. 4

44 Обычно всю диаграмму не выполняют, а строят только ее верхнюю часть, наиболее употребимую в практике расчетов. Это дает возможность изображать ее в более крупном масштабе. Для анализа работы паросиловых установок существенное значение имеют изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный процессы. Расчеты этих процессов можно выполнить либо с помощью таблиц воды и водяного пара, либо с помощью hsдиаграммы. Первый способ более точен, но второй более прост и нагляден. Общий метод расчета по диаграмме заключается в следующем. По известным параметрам наносится начальное состояние рабочего тела, затем проводится линия процесса и определяются его параметры в конечном состоянии. Далее вычисляется изменение внутренней энергии, определяется количество теплоты и работы в данном процессе..3.3 Атмосферный воздух. h-d-диаграмма влажного воздуха В качестве рабочего тела широко используют влажный воздух. Влажный воздух - это смесь сухого воздуха и водяного пара. Он имеет одну особенность, в отличие от других газовых смесей: при одних и тех же температуре и давлении воздух может содержать разное количество водяного пара. Основные характеристики влажного воздуха: Абсолютная влажность - количество водяного пара в м 3 влажного воздуха, численно равное плотности пара (ρ п) при его парциальном давлении (Р п). Согласно закону Дальтона общее 43

45 давление влажного воздуха состоит из парциального давления водяного пара (Рп) и парциального давления сухого воздуха (Р в). Относительная влажность (φ) - отношение действительной абсолютной влажности ρ п к максимально возможной абсолютной влажности ρ п max при той же температуре: φ = ρ п / ρ п max. Для сухого воздуха φ =0, для насыщенного (смесь сухого воздуха и насыщенного водяного пара) φ =. Смесь сухого воздуха и перегретого водяного пара называют ненасыщенным влажным воздухом. Температура, до которой нужно охладить ненасыщенный влажный воздух, чтобы содержащийся в нем перегретый пар стал насыщенным, называется температурой точки росы. При охлаждении ниже данной температуры происходит конденсация водяного пара. Поэтому температуру точки росы часто используют как меру содержания в воздухе воды в парообразном состоянии. Ее определяют с помощью гигрометра. Влагосодержание воздуха - отношение массы водяного пара (m п), содержащегося во влажном воздухе, к массе сухого воздуха (m B): d = m п / m B. Единицы измерения влагосодержания кг / кг или г / кг. Влагосодержание, в г / кг, можно рассчитать по уравнению d = 0.6 Р n / (P - P n), где Р п - парциальное давление пара, Па; Р - общее давление, Па. Из уравнения видно, что с увеличением парциального давления пара влагосодержание увеличивается. Максимальное влагосодержание зависит от температуры и давления влажного воздуха. 44

ТЕПЛОФИЗИКА План лекции: 1. Термодинамика (основные положения и определения) 2. Внутренние параметры состояния (давление, температура, плотность). Уравнение состояния идеального газа 4. Понятие о термодинамическом

ТЕРМОДИНАМИКА План лекции:. Политропные процессы. Работа и теплота политропного процесса 3. Исследование политропных процессов 4. Определение показателя политропы 5. Характеристики политропных процессов

ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА План лекции: 1. Техническая термодинамика (основные положения и определения) 2. Внутренние параметры состояния (давление, температура, плотность). Понятие о термодинамическом

Сегодня среда, 9 июля 04 г. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ Лекция 4 Содержание лекции: *Обратимые и необратимые процессы *Число степеней свободы молекулы *Закон Больцмана *Первое начало термодинамики

Лекция 6. Водяной пар и паровые процессы Водяной пар один из наиболее распространенных в теплотехнике газов. Он встречается в различных состояниях. В одних случаях, как это имеет место в процессах горения,

ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА План лекции: 1. Опыты Эндрюса. Критические параметры состояния 2. Водяной пар. Парообразование при постоянном давлении. Влажный воздух Лекция 14 1. ОПЫТЫ ЭНДРЮСА. КРИТИЧЕСКИЕ

Практическое занятие 4 Термодинамические процессы 5 марта 2016 Процессы идеальных газов: 1) Изохорный, происходящий при постоянном объеме газа (V=const); 2) Изобарный, происходящий при постоянном давлении

3 СОДЕРЖАНИЕ Введение 4 Параметры состояния тела 5. Удельный объем и плотность 5.2 Давление 5.3 Температура 6 2 Идеальный газ, уравнение состояния идеального газа 7 3 Газовые смеси 9 3. Понятие о газовой

1 МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА Основные положения и определения Два подхода к изучению вещества Вещество состоит из огромного числа микрочастиц - атомов и молекул Такие системы называют макросистемами

СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА ТЕРМОДИНАМИКА Распределение Максвелла Начала термодинамики Цикл Карно Распределение Максвелла В газе, находящемся в состоянии равновесия, устанавливается некоторое стационарное, не

ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА План лекции:. Анализ уравнения первого закона термодинамики. Политропные процессы 3. Работа и теплота политропного процесса 4. Исследование политропных процессов 5. Определение

Теоретическая справка к лекции 3 Основы молекулярно-кинетической теории (МКТ) Газы принимают форму сосуда и полностью заполняют объѐм, ограниченный непроницаемыми для газа стенками Стремясь расшириться,

Основы термодинамики и молекулярной физики 1 Первое начало термодинамики. Теплоемкость как функция термодинамического процесса. 3Уравнение Майера. 4 Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона. 5 Обратимые

Лекция 4 Основные положения молекулярнокинетической теории строения вещества. Термодинамические системы. Энтропия. Все вещества состоят из атомов и молекул. Атом наименьшая структурная единица химического

ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА План лекции:. Взаимодействие системы с окружающей средой. Уравнение первого закона термодинамики. Основные термодинамические процессы 3. Основные положения второго закона 4. Термодинамические

ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА План лекции:. Уравнение состояния реальных газов и паров. Водяной пар. Парообразование при постоянном давлении. Парогазовые смеси. Влажный воздух 4. Цикл воздушной холодильной

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Лекция 7 ТЕПЛОЕМКОСТЬ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ Термины и понятия Возбудить Вымерзать Вращательная степень свободы Вращательный квант Высокая температура Дискретный ряд значений Классическая теория теплоемкости

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР) ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР) Кафедра

СОДЕРЖАНИЕ Предисловие......................................... 5 1. Основы технической термодинамики................... 6 1.1. Основные понятия и определения.................... 6 1.1.1. Параметры состояния

ТЕРМОДИНАМИКА Лекция План лекции:. Основные положения и определения термодинамики (термодинамическая система, термодинамический процесс, параметры состояния) 2. Внутренние параметры состояния (давление,

63 Лекция Основы термодинамики гл 9 5-54 План лекции Основные понятия термодинамики Число степеней свободы молекулы Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы 3 Внутренняя энергия

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА Лекция 12 МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА Термины и понятия Абсолютная температура газа Вакуум Длина свободного пробега Законы идеального газа Идеальный газ Изобара Изобарический

Температура 1. Термометрическое вещество и термометрическая величина (свойство). 2. Температура и давление 3. Постоянная Больцмана. Температура 2 m0 < v кв > p = n Из уравнения 3 2 следует, что давление

Условие задачи Решение 2.Молекулярная физика и термодинамика 7. Распределение Максвелла и Больцмана. Формула Больцмана характеризует распределение частиц, находящихся в состоянии хаотического теплового

Лекция 4. Термодинамические свойства и процессы реальных газов. Водяной пар и влажный воздух. 1. Уравнение состояния реальных газов. Газовые смеси. Реальные газы отличаются от идеальных тем, что их молекулы

ВОДЯНОЙ ПАР Основные понятия Газообразные тела (с примесью одноименной жидкости в виде взвешенных мелкодисперсных частиц или без нее) принято называть парами. Все пары являются реальными газами и подчиняются

Лекция 11 Кинетическая теория идеальных газов. Давление и температура. Опытные законы идеального газа. Молекулярно - кинетическая теория раздел физики, изучающий свойства вещества на основе представлений

Вариант 1. 1. Можно ли использовать статистические методы при изучении поведения микроскопических тел? Почему? 2. Может ли единичная молекула находиться в состоянии термодинамического равновесия? 3. Если

Газовые законы. Уравнение Клапейрона Менделеева (Лекция 1а, 2015-2016 учебный год) Температура и способы ее измерения Из повседневного опыта каждый знает, что бывают тела горячие и холодные. Опыты и наблюдения

6 Молекулярная физика и термодинамика Основные формулы и определения Скорость каждой молекулы идеального газа представляет собой случайную величину. Функция плотности распределения вероятности случайной

Лекция 4 Кинетическая теория идеальных газов. Давление и температура. Опытные законы идеального газа. Основное уравнение молекулярнокинетической теории газов. Адиабатический процесс. Термодинамика Термодинамика

Московский государственный университет им.м.в.ломоносова Химический факультет Успенская И.А. Конспект лекций по физической химии (для студентов биоинженерии и биоинформатики) www.chem.msu.ru/teaching/uspenskaja/

ВАРИАНТ 1 1. Два сосуда емкостью 0,2 и 0,1 л разделены подвижным поршнем, не проводящим тепло. Начальная температура газа в сосудах 300 К, давление 1,01 10 5 Па. Меньший сосуд охладили до 273 К, а больший

Лекция 10 Изопроцессы. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики. Работа и теплота в изопроцессах. Нурушева Марина Борисовна старший преподаватель кафедры физики 03 НИЯУ МИФИ Уравнение Менделеева

9. Примеры применения второго начала термодинамики Пример. огда газ в цилиндре двигателя внутреннего сгорания обладает большим запасом внутренней энергии: в момент проскакивания электрической искры или

Глава 6 Основы термодинамики 9 Число степеней свободы молекулы Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул Внутренняя энергия U это энергия хаотического движения микрочастиц системы

ТЕРМОДИНАМИКА План лекции: 1. Взаимодействие системы с окружающей средой 2. Уравнение первого закона термодинамики 3. Анализ уравнения первого закона термодинамики 4. Термодинамические процессы (равновесие

ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА План лекции:. Введение. Основные положения термодинамики (термодинамическая система, термодинамический процесс). Параметры состояния (давление, температура, плотность) 4. Уравнение

ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ КРАТКАЯ ТЕОРИЯ Термодинамика это наука, изучающая условия превращения различных видов энергии в тепловую и обратно, а также количественные соотношения, наблюдаемые при этом

5.4. Термодинамические процессы воды и водяного пара При анализе процессов изменения состояния воды и водяного пара следует иметь в виду, что все отмеченные здесь особенности характерны для расчета процессов

Профессор Сабылинский АВ Лабораторная работа - ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ ТЕПЛОЁМКОСТЕЙ ВОЗДУХА ПРИ ПОСТОЯННОМ ДАВЛЕНИИ И ОБЪЁМЕ МЕТОДОМ КЛЕМАНА-ДЕЗОРМА Студент: группа: Допуск Выполнение Защита Цель работы:

ФИЗИКО--ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ Кафедра «Общая и теоретическая физика» Потемкина С.Н. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ 7 ПРОВЕРКА ЗАКОНА БОЙЛЯ-МАРИОТТА Тольятти 7 Содержание. Цель работы...3. Приборы

Практическое занятие 5 Термодинамические процессы Процессы идеальных газов: 1) Изохорный, происходящий при постоянном объеме газа (V=const); 2) Изобарный, происходящий при постоянном давлении (p=const);

Лекция 2 Первое начало термодинамики. Теплоемкость. Политропные процессы Внутренняя энергия. Как известно, в механике различают кинетическую энергию движения тела как целого, потенциальную энергию тел

Лабораторная работа Определение отношения теплоемкостей газа Цель работы: Найти величину отношения C P /C V для воздуха. Оборудование: Закрытый стеклянный баллон с двумя трубками и краном; манометр; ручной

Education Quality Assurance Centre Институт Группа ФИО MODULE: ФИЗИКА (ТЕРМОДИНАМИКА_МОДУЛЬ 2) Ответ Вопрос Базовый билет Нас 1 2 Броуновское движение это движение 1) молекул жидкости 3) мельчайших частиц

Итоговый тест, Машиноведение (Теплотехника) 1. Идеальный газ отдал количество теплоты 300 Дж и при этом внутренняя энергия газа уменьшилась на 100 Дж. Работа, совершенная газом, равна 1) 400 Дж 2) 200

Физико-технический факультет Теория: Молекулярная физика. Термодинамика Шимко Елена Анатольевна к.п.н., доцент кафедры общей и экспериментальной физики АлтГУ, председатель краевой предметной комиссии по

Основы термодинамики и молекулярной физики Термодинамический цикл. Цикл Карно. 3 Второй закон термодинамики. 4 Неравенство Клаузиуса. 5 Энтропия системы. Тепловая машина Циклически действующее устройство,

Общая физика (молекулярная физика и термодинамика) Глава 3. Элементы термодинамики к.ф.-м.н., доцент Андрей Юрьевич Антонов направление 27.03.03 «Системный анализ и управление» 1. Основные законы термодинамики

ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА План лекции:. Условия устойчивости и равновесия в изолированной однородной системе. Условия фазового равновесия 3. Фазовые переходы Лекция. УСЛОВИЯ УСТОЙЧИВОСТИ И РАВНОВЕСИЯ В

РАБОТА 2 ИЗУЧЕНИЕ ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СЖАТИЯ И РАСШИРЕНИЯ ВОЗДУХА Цель работы: проверить выполнение закона Бойля-Мариотта при изотермических процессах. Введение Термодинамика имеет дело с термодинамической

Лекция 2. ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ Основные понятия Термодинамика является феноменологической теорией макроскопических систем, поэтому вcе её основные понятия берутся непосредственно из эксперимента. Термодинамическая

1 Лабораторная работа 601 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТЕЙ ВОЗДУХА Теоретическое введение Теплоемкостью тела называется величина, равная количеству теплоты, необходимому для нагревания данного тела

Банк заданий. Изменение агрегатных состояний вещества. Газовые законы. Тепловые машины. 2.1. Испарение и конденсация. Насыщенный пар. Влажность воздуха. К каждому из заданий даны 4 варианта ответа, из

Теплотехника -это наука изучающая методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты. Тепловая энергия получается при сжигании органических вешеств, называемых топливом.

Основы теплотехники составляют.

1. Термодинамика - наука, изучающая превращение энергии тепла в другие вилы энергии (например: тепловая энергия в механическую, хими­ческую и т. д.)

2. Теплопередача - изучает теплообмен между двумя теплоносите­лями через поверхность нагрева.

Рабочим телом называется теплоноситель, с помощью которого про­исходит превращение тепловой энергии в механическую, т. е. совершают работу (например, пар в паровом насосе).

В котельной теплоносителем (рабочим телом) является горячая вода и водяной пар с температурой до 150°С или водяной пар с температурой до 250°С. Для отопления жилых и обще­ственных зданий используется горячая вода, это связано, с санитарно-гигиеническими условиями, возможностью легкого изменения ее темпера­туры в зависимости от температуры наружного воздуха. Вода обладает значительной плотностью по сравнению с паром, что позволяет передавать на большие расстояния значительное количество тепла при небольшом объеме теплоносителя. В систему отопления зданий вода подается с тем­пературой не выше 95°С во избежание пригорания пыли на приборах ото­пления иожогов от систем отопления. Пар используется для отопления промышленных зданий и в производственно-технологических системах.

Котельная- комплекс, связанных тепловых энергоустановок предназначенных для выработки теплоты.

Котельная установка =котельный агрегат+ вспомогательное оборудование.

Котельный агрегат=котел(паровой или водогрейный)+ экономайзер.

Вспомогательное оборудование - дымосос,вентилятор, питательный насос, топливное хозяйство (мазутное хозяйство или газовое) ХВП и КИПиА.

Котельные делятся на:

1. Отопительные, вырабатывающие тепло для отопления, вентиляции
и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, а также для
промышленных и коммунальных предприятий.

2. Отопительно-производственные, вырабатывающие тепло для отоп­ления, вентиляции и горячего водоснабжения, а также для технологических целей.

3. Производственные, вырабатывающие тепло только для технологических целей.

Технологический процесс производства пара : топливо при помощи горелочных устройств поступает в топку котла где сгорает. Воздух необходимый для горения топлива подается в топку дутьевым вентилятором, образовавшиеся дымовые газы отдав часть своего тепла поверхностям нагрева, расположенным в топку (радиоционным) поступают на конвективные поверхности нагрева, охлаждаются и дымососом удаляются в атмосферу газозаборником в дымовую трубу.

Поверхности нагрева в котле- стенки труб. Внутри труб движется вода, снаружи трубы омываются дымовые газами. Через стенки труб происходит теплообмен, газы отдают тепло воде. В верхнем барабане вода кипит и получается насыщенный пар между котлом и дымососом установлен водяной экономайзер (теплообменник, для использования тепла в дымовых газах. Поверхности нагрева называют еще хвостовыми. Вода для питания котлов специально готовится ХВП и подается в верхний барабан питательным насосом. Котельная работающая на жидком топливе специальное мазутное хозяйство.

Параметры рабочего тела

Теплоноситель, получая илиотдавая тепловую энергию, изменяет свое состояние.

Например: Вода в паровом котле нагревается, превращается в пар. ко­торый имеет определенную температуру и давление. Пар поступает в па­роводяной подогреватель, сам охлаждается, превращается в конденсант Температура нагреваемой воды увеличивается, температура пара и конден­сата понижается.

Основными параметрами рабочего тела являются температура, давление, удельный объем, плотность.

1.Температура - это степень нагретости тела, определяет направление са­мопроизвольной передачи тепла от более нагретого к менее нагретому те­лу (мера средней кинетической энергии молекул вещества).

Передача тепла будет иметь место до того момента пока температуры не станут равными, т. е. наступит температурное равновесие. Температура измеряется в градусах.

Используются две шкалы: международная-Кельвина и практическая Цельсия t °С.

За ноль в этой шкале принята температура плавления льда,за сто градусов –температура кипения воды при атм. давлении (760 мм рт. ст.).

За начало отсчета в термодинамической шкале температур Кельвина применят абсолютный нуль (низшая теоретически возможная температура, при которой отсутствует движение молекул). Обозначается Т.

1 Кельвин по величине равен 1° шкалы Цельсия

Температура таяния льда равна 273К. Температура кипения воды равна 373К

Т=t + 273; t = T-273

Температура кипения зависит от давления.

Например, При Р а, c = 1,7 кгс/см 2 . Вода кипит при t = 115°С.

2. Давление - эта сила, действующая перпендикулярно на единицу площади поверхности тела.

Давление силы, равной 1Н, равномерно распределенное на поверх­ности 1м 2 принято за единицу давления и равно 1Па (Н/м 2) в системе СИ.

В технике применяются более крупные единицы измерения

1кПа=10 3 Па 1МПа=10 б Па 1ГПа=10 9 Па

Вне системные единицы измерения давления кгс/м 2 ; кгс/см 2 .

1 кгс/м 2 = 1 мм.в ст =9,8 Па

1 кгс/см 2 = 9,8 . 10 4 Па ~ 10 5 Па = 10 4 кгс/м 2

Давление не редко измеряют в физических и технических атмосферах. Физическая атмосфера - среднее давление атмосферного воздуха на уровне моря при t° = 0°С

1атм = 1,01325 . 10 5 Па = 760 мм рт.ст. = 10,33 м вод. ст = 1,0330 мм в. ст. = 1,033 кгс/ см 2 .

Техническая атмосфера (ат)

1ат = 735 мм рт. ст. = 10 м. в. ст. = 10.000 мм в. ст. = =0,1 МПа= 1 кгс/см 2

1 мм в. ст. - сила, равная гидростатическому давлению водяного сто­лба высотой в 1 мм на плоское основание 1мм в. ст = 9,8 Па.

1 мм. рт. ст - сила, равная гидростатическому давлению столба ртути высотой 1 мм на плоское основание. 1 мм рт. ст. = 13,6 мм. в. ст.

В технических характеристиках насосов вместо давления употреб­ляется термин напор.

Единицей измерения напора является м. вод. ст.

Например: Напор создаваемый насосом равен 50 м вод. ст. это значит, он может поднять воду на высоту 50 м.

Давление в закрытых сосудах и трубопроводах различают: избыточ­ное, разрежение (вакуум), абсолютное, атмосферное

Атмосферное давление - среднее давление атмосферного воздуха на уровне моря при t° = 0°С и нормальном атмосферном Р =760 мм. рт. ст.

Избыточное давление - давление выше атмосферного (в замкнутом объеме).В котельных под избыточным давлением находятся вода, пар в котлах и трубопроводах. Р ИЗб. измеряется приборами манометрами.

Разрежение - давление в замкнутых объемах меньше атмосферного (вакуум). Топки и дымоходы котлов находятся под разрежением.Разрежение измеряется приборами тягомерами.

Абсолютное давление - избыточное давление или разрежение с уче­том атмосферного давления.

Рабс = Р атм +Ризб

Рабс = Р атм -Рразр

Например: Р И3б в барабане котла ДКВр = 13 кгс/см 2 ; Р гбс = 13 + 1 = = 14 кгс/см 2 .

Р вак в деаэраторе = 0,3 кгс/см 2 ; Рабс = 1 - 0,3 = 0,7 кгс/см 2

В технике принято:

Р атм= 1 кгс/см 2 или 1 атмосфера

Для котлов имеются такие виды Р как:

1). Расчетное Р –максимально избыточное давление на котором производится расчет прочность элементов котла.

2). Рабочее – максимально избыточное Р в котле при котором обеспечивается длительная работа котла при нормальных условиях эксплуатации.

3). Разрешенное Р- максимально допустимое Р в котле после технологического осведительствования.

4). Пробное Р- избыточное Р которым производят гидравлические испытания элементов котла на прочность и плотность (техн. освидетельствование)

3. Плотность - отношение массы вещества к его объему.

Где V- объем занимаемый массой(м 3)

m- масса вещества (кг)

Теплота.

Теплота -энергия, которая может передаваться от более нагретого те­ла к менее нагретому при соприкосновении или излучением.Перенос теплоты от твердого тела (стенки) к обтекающей его жидкости или газу называется теплопередачей.

В системе СИ единицей измерения теплоты и энергии является Джоуль(Дж). Внесистемная единица измерения теплоты - калория (кал.).

1 ккал. = 1000 кал. 1 Мкал= 10 6 кал 1 Гкал. = 10 9 кал

Теплота -энергия, которая может передаваться от более нагретого те­ла к менее нагретому при соприкосновении или излучением.

В системе СИ единицей измерения теплоты и энергии является Дж. Внесистемная единица измерения теплоты - калория (кал.).

1 ккал. = 1000 кал. 1 Мкал= 10 6 кал 1 Гкал. = 10 9 кал

1 килокалория-это количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг воды на 1°С при нормальном атмосферном давлении.

1 кал. - количество теплоты для нагрева 1 г Н 2 О на 1°С при

Р = 760 мм. рт.ст.

1 кал. =4,19Дж

1 к.к ал. = 4,19 кДж кВт . ч = 860 ккал

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНБАССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

ДОЦЕНТ ГОРОЖАНКИН С. А.

ПРОФЕССОР ДЕГТЯРЕВ В. И.

Т Е О Р Е Т И Ч Е С К И Е О С Н О В Ы Т Е П Л О Т Е Х Н И К И

К О Н С П Е К Т Л Е К Ц И Й

(ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТИ 7.090258 "АВТОМОБИЛИ И АВТОМОБИЛЬНОЕ ХОЗЯЙСТВО")

О Д О Б Р Е Н О:

Кафедрой "Автомобили и автомобильное хозяйство"

Протокол № от 27.04.2001г.

Советом механического факультета Протокол №3 от 10.03.2001г.

М А К Е Е В К А 2001 г.

строительства и архитектуры, - 2001. - 110 с.: 76 илл.

Конспект лекций предназначен для студентов, изучающих курс "Теоретические основы теплотехники"

Конспект лекций посвящен изложению теоретических основ теплотехники в краткой и доходчивой форме с учетом изучения материала студентами специальности автомобили и автомобильное хозяйство. Курс, кроме обеспечения современной энергетической подготовки инженеров-автомобилистов, имеет и свою особую методику обобщенного раскрытия материала, позволяющую сосредоточить главное внимание на выявлении более широких закономерностей и новых возможностей развития энергетики.

Изложены теоретические основы технической термодинамики, теории тепломассообмена, особое внимание уделено термодинамическим циклам тепловых машин. Приводятся общие сведения о теплоснабжении и использовании вторичных энергоресурсов, имеющих целью максимально экономное расходование энергетических ресурсов

Изучение этого курса необходимо для глубокого понимания физической сущности термодинамических процессов тепловых двигателей, ясного представления о закономерностях энергопревращений в двигателях внутреннего сгорания.

Для студентов специальности 7.090258 "АВТОМОБИЛИ И АВТОМОБИЛЬНОЕ ХОЗЯЙСТВО".

	Введение. Уравнение состояния. Теплоемкость.
	Первый закон термодинамики
	Термодинамические процессы идеальных газов
	Второй закон термодинамики
	Водяной пар
	Влажный воздух
	Общая характеристика компрессоров
	Двигатели внешнего сгорания
	Циклы газотурбинных установок
		Циклы двигателей внутреннего сгорания
		Основы теплообмена
		Конвективный теплообмен
		Теплообмен при фазовых превращениях
		Теплообмен излучением
		Теплопередача
		Теплообменные аппараты
		Топливо и процессы горения

1. ВВЕДЕНИЕ. УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ. ТЕПЛОЕМКОСТЬ

1.1 Теплотехника, ее предмет и метод

Теплотехника - наука, изучающая теорию и средства превращения энергии природных источников в тепловую механическую и электрическую энергии, а также использования тепла для практических целей.

Теоретические основы теплотехники включают термодинамику и теорию тепломассообмена.

Основным методом теплотехники является термодинамический метод. Сущность его состоит в том, что на основе изучения энергоэнтропийных балансов в макроскопических системах устанавливают условие максимальной эффективности тепловых машин и установок. Затем определяют пути приближения к этим условиям.

1.2. Основные понятия и определения термодинамики

Термодинамика - наука о закономерностях превращения энергии в макроскопических физических системах.

Техническая термодинамика - раздел термодинамики, рассматривающий закономерности превращения тепловой энергии в другие виды.

Название "термодинамика" впервые применил Сари Карно (1824 г.) в работе "Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу".

"Терме" - тепло, жар, огонь. "Динамикос" - сила, движение.

"Термодинамика" - движущая сила огня - дословный перевод с греческого. В основу термодинамики положены два основных закона (начала),

установленных опытным путем.

- закон характеризует количественную сторону процессов превращения энергии.

- закон характеризует, устанавливает качественную сторону (направленность) процессов в физических системах.

1.3. Термодинамическая система. Термодинамический процесс.

Термодинамическая система - совокупность макроскопических тел, обменивающихся энергией между собой и с окружающей средой.

Термодинамический процесс - совокупность изменений состояния термодинамической системы при переходе из одного состояния в другое.

1.4. Обратимые и необратимые процессы.

Равновесное состояние тела - такое, при котором во всех точках объема параметры состояния одинаковы.

Равновесный процесс - процесс перехода термодинамической системы из одного состояния в другое через равновесные состояния тела в любой момент времени.

Неравновесный процесс - процесс, включающий неравновесные состояния. Обратимый процесс - процесс, который протекает в прямом и обратном

направлении через одни и те же равновесные состояния.

Условия обратимости:

1. Отсутствие химических реакций.

2. Отсутствие внутреннего и внешнего трения.

3. Бесконечно медленное изменение состояния рабочего тела. Необратимый процесс - процесс, который самопроизвольно протекает

только в одном направлении.

1.5. Рабочее тело. Термодинамические параметры состояния

Взаимное преобразование теплоты в механическую энергию в тепловых машинах осуществляются при помощи рабочего тела.

В качестве рабочего тела обычно используют пар или газ, т.к. они обладают значительно большим коэффициентом объемного расширения по сравнению с жидкостями и твердыми телами.

Для однозначного определения состояния вещества вводятся физические характеристики состояния вещества - параметры состояния.

Параметры состояния могут быть интенсивными и экстенсивными. Интенсивные параметры не зависят от количества вещества, экстенсивные - зависят. Пример - объем и температура.

Экстенсивные параметры, отнесенные к единице количества вещества, приобретают смысл интенсивных. Их называют удельными.

Термодинамические параметры состояния - интенсивные свойства, определяющие состояние тела или группы тел.

Обычно состояние однородного тела может быть однозначно определено тремя параметрами - давлением, температурой и удельным объемом.

При наличии силовых полей (гравитационного, электромагнитного и др.) состояние определяется неоднозначно.

1.6. Давление.

Давление - сила, действующая на единицу поверхности тела по нормали к этой поверхности.

1 Па величина сравнительно небольшая. Поэтому вводят кратные величины

1 кПа = 103 Па = 103

1 МПа = 106 Па = 103 кПа 1 бар = 105 Па = 102 кПа Внесистемные единицы

1 мм Нg 133.3 Пa.

1 мм вод. ст. 9.81 Па.

Виды давления 1. Абсолютное, т.е. полное давление, отсчитываемое от абсолютного

р абс

2. Атмосферное (барометрическое) - абсолютное давление атмосферы Земли

в данной точке

рабс = В.

3. Избыточное давление - разность между абсолютным и атмосферным. Параметром состояния не является.

pизб = pабс – B.

Избыточное давление иногда называют манометрическим (т.к. измеряется манометрами).

4. Вакууметрическое давление - разность между атмосферным и абсолютным.

pвак = B - pабс .

1.7. Температура

Температура характеризует тепловое состояние тела - степень "нагретости"

Температура - осредненная величина кинетической энергии хаотического движения молекул.

Температура, при которой полностью прекращается движение молекул,

принята за начало отсчета. Температура тройной точки воды принята равной 273,

16 К (0, 010 С).

[T]=K - единица измерения абсолютной температуры. Температуру часто измеряют по шкале Цельсия.

[t]=C - единицы измерения температуры в обеих шкалах численно равны. Температура по шкале Цельсия термодинамическим параметром состояния

не является.

За рубежом иногда пользуются шкалами температур Фаренгейта, Реомюра и
1.8. Удельный объем.
Удельный объем - объем единицы массы газа.

Плотность - величина обратная удельному объему.

1 m; кг.

1.9. Уравнение состояния идеального газа Менделеева-Клапейрона

Идеальный газ - модель газа, в которой молекулы не имеют объема и не взаимодействуют друг с другом.

Совместное рассмотрение законов Бойля-Мариотта и Гей-Люссака позволило Клапейрону в 1834 г. вывести уравнение состояния идеального газа

pv=RT - уравнение для 1 кг. газа (уравнение Клапейрона) R - газовая постоянная

			H м3
			м2 кг К кг К кг К

Бойль Роберт (1627-1691). Англия. Физика, химия. Совместно с Мариоттом не работал.

Мариотт Эдм (1620-1684). Франция. Механика жидкости и газа. Оптика. Гей-Люссак Жозеф-Луи (1778-1850). Франция. Физика, химия.

Клапейрон Бенуа Поль Эмиль (1799-1864). Франция. Вывел уравнение Клапейрона-Клаузиуса для водяного пара. Первым обратил внимание на работы С.Карко, в которых был установлен II закон термодинамики.

pV=mRT - уравнение для газа массой m.

pV = RT - уравнение для 1 киломоля(уравнение Менделеева). V - объем киломоля газа

R 8315 - формула для вычисления газовой постоянной.

1.10. Особенности реальных газов. Уравнение состояния реальных газов Ван-дер-Ваальса

Уравнение состояния идеального газа можно применять в расчетах для реактивных газов при низких давлениях и высоких температурах. При нормальных условиях оно применимо для:

H2 , He, O2 , N2 .

Углекислый газ (СО2 ) и некоторые другие дают отклонение до 2-3%. Уравнение состояния реальных газов, учитывающие размер молекул, силы

взаимодействия между ними, образование комплексов молекул (ассоциаций) и пр. имеют сложный вид.

В практике обычно используются таблицы и номограммы, построенные на основе этих уравнений.

В общей форме в 1937-46 г. в СССР (Н.Н.Богомолов) и США (Дж.Мейер) были выведены уравнения состояния реальных газов.

Наиболее простым, качественно правильно отображающим поведение реальных газов, является уравнение Ван-дер-Ваальса (1873 г.).

(p a )(v b) RT, v 2

где b - поправка на объем молекул газа;

Поправка на давление газа, учитывающая силы взаимодействия

Уравнение Ван-дер-Ваальса позволяет качественно анализировать поведение газов вблизи границ фазовых переходов.

1.11. Смеси идеальных газов. Законы Дальтона и Амага

Парциальное давление - давление отдельного компонента смеси газов.

p см p i - закон Дальтона

Абсолютное давление смеси газов равно сумме парциальных давлений компонентов смеси.

V см V i - закон Амагá

Полный объем смеси газов равен сумме приведенных к давлению и температуре смеси объемов компонентов (парциальных объемов).

Законы Дальтона и Амагá позволяют получить уравнение состояния смеси

p смV см=m смR смT см ,

где R см см .

Кажущаяся молярная масса смеси определяется из уравнения

см i r i , где ri - объемные доли компонентов

Пример: Полагая, что в воздухе 80% N2 и 20% О2

возд = 0,8 28 + 0,2 32 = 28,8 кг/моль Газовая постоянная смеси может быть установлена из уравнения

	R см g iR i		Где gi - массовые доли компонентов смеси.
	Соотношение между массовыми и объемными долями определяется
	выражением
				Где ri - объемные доли компонентов смеси.

Следует отметить, что всегда

gi 1; ri 1.

1.12. Теплоемкость газов и газовых смесей. Истинная, средняя и удельная теплоемкость. Зависимость теплоемкости от температуры

Теплоемкость - количество тепла, необходимое для нагрева тела на 1 К.

Удельная теплоемкость - количество тепла, необходимое для нагрева единицы количества вещества на 1К.

Обычно различают следующие удельные теплоемкости: 1. Массовая - c

[c] = Дж

кг К

2. Объемная - с"

Истинная теплоемкость определяется следующим аналитическим выражением

c dq . dt

Средняя теплоемкость в интервале температур t1 - t2 определяется из соотношения

q C m t2 - t1 .

В общем случае теплоемкость является функцией температуры, причем обычно она возрастает с ростом температуры.

На рис.1.1 показана линейная зависимость удельной теплоемкости от температуры, на рис.1.2 - степенная.

Если зависимость теплоемкости от температуры имеет сложный нелинейный характер (как это показано на рис.1.3), то средняя теплоемкость в интервале температур t1 -t2 определяется из выражения:

t2 1 до t2 определяется выражением: Эта формула применяема к массовой, объемной и мольной теплоемкостям. Нагрев газов или паров может осуществляться при различных условиях. Среди них можно выделить: 1. Нагрев при постоянном объеме; 2. Нагрев при постоянном давлении. В первом случае теплоемкость процесса называют изохорной, во втором - изобарной. Изобарная и изохорная теплоемкости связаны уравнениями: Сp - Сv = R- Майера С Р K - Пуассона С V К - коэффициент Пуассона. Для одноатомных - "" - двухатомных (7/5) Теоретические трехатомных значения многооатомных Обычно принимают К=1,29. Теплоемкость газовых смесей вычисляется на основе уравнения теплового баланса, из которого следует: 1. Для массовой теплоемкости смеси: C см C ii g i . 2. Для объемной теплоемкости смеси: C см / C / i r i .

Методическая разработка

по дисциплине «Основы гидравлики, теплотехники

и аэродинамики»

«Курс лекций по разделу «Основы теплотехники»»

составил преподаватель

ОГБПОУ РСК

Маркова Н.В.

Рязань, 2016

Аннотация

Методическое пособие представляет собой конспект лекционного материала по разделу «Основы теплотехники» дисциплины «Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики». Рекомендуется для студентов среднего профессионального образования при проведении практических занятий и самостоятельного изучения материала (самоподготовки), а также преподавателям в ходе проведения учебных занятий.

Пособие построено в виде лекций с формулами и рисунками, также в конце каждой лекции обозначен рекомендуемый перечень вопросов для самопроверки знаний.

Введение…………………………………………………………………….4

Лекция 1 «Рабочее тело. Основные параметры состояния рабочего тела»…………………………………………………………..5

Лекция 2 «Газовые смеси»……………………………………………..8

Лекция 3 «Работа и теплота»…………………………………………11

Лекция 4 «Теплоемкость, виды»……………………………………..12

Лекция 5 «1-ый закон термодинамики. Энтальпия»………………..14

Лекция 6 «Основные термодинамические процессы»……………...15

Лекция 7 «Физическая сущность 2-го закона термодинамики»……………………………………………………….21

Лекция 8 «Преобразование тепловой энергии в механическую работу»………………………………………………..22

Лекция 9 «Цикл Карно»……………………………………………….24

Заключение………………………………………………………………..27

Введение

Методическое пособие «Курс лекций по предмету «Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики»: раздел «Основы теплотехники»» включает в себя разработки лекций, т.е. теоретического материала и вопросы для самопроверки в конце каждой лекции.

Это методическое пособие может быть полезно для студентов дневного отделения и заочного отделений, изучающих дисциплину «Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики, а также для студентов выпускного курса при подготовке к итоговому экзамену.

Необходимо помочь студентам лучше усвоить материал, поэтому повышение наглядности существенно усилит эффект восприятия. Такова одна из основных целей этого методического пособия.

1. Лекция 1 «Рабочее тело. Основные параметры состояния рабочего тела»

Термодинамика – наука об энергии и ее свойствах. Она изучает законы превращения энергии в различных, сопровождающихся тепловыми эффектами, процессах.

Термодинамику делят на 3 области: физическая, химическая, техническая.

Техническая термодинамика изучает закономерности взаимного превращения теплоты и механической работы. Эта дисциплина служит основой тех инженерных дисциплин, в которых рассматривается теория работы тепловых машин и теплоэнергетических установок.

Термодинамика изучает макроструктурные свойства тел, которые состоят из большого числа частиц.

Термодинамика занимается изучением различных термодинамических систем и их взаимодействием с окружающей средой.

Под окружающей средой понимают всеобъемлющую совокупность тел любой физико-химической природы, заполняющих выбранное пространство.

Термодинамической системой называют совокупность тел, выделенных из окружающей среды в качестве объекта исследования, которые могут находиться в тепловом и механическом взаимодействии как друг с другом, так и с окружающей средой.

Термодинамическую систему, которая не имеет никаких взаимодействий с окружающей средой, но в которой возможны взаимодействия между частями самой системы называют изолированной.

Система, состоящая из частей, находящихся в различных агрегатных состояниях или фазах называется гетерогенной.

Система, состоящая из одной фазы, т.е. имеющая во всех частях одинаковые свойства, называется гомогенной.

Системы или тела, посредством которых выполняются взаимные превращения тепла и механической работы называются рабочими телами.

Принципиально в качестве рабочего тела могут использоваться различные вещества в различных агрегатных состояниях. Однако наиболее эффективными рабочими телами для тепловых машин являются газы и пары, обладающие наибольшими коэффициентами объемного расширения по сравнению с телами, находящимися в других агрегатных состояниях.

В технической термодинамике в качестве рабочего тела принимают идеальный газ.

В общем случае для теплотехнических расчетов вполне допустимо распространение закономерностей идеального газа на все рассматриваемые газы.

Термодинамическим процессом называется совокупность последовательных состояний, через которые проходит термодинамическая система.

Если в результате выполнения нескольких процессов система возвращается в свое первоначальное состояние, то совокупность таких процессов называется круговым процессом или циклом.

Термодинамические системы характеризуются физическими величинами, которые изменяются с изменением состояния самой системы. Эти величины называются параметрами состояния. Основными параметрами являются температура T, абсолютное давление p и удельный объем  .

Температура характеризует степень нагретости тел и определяет направление перехода тепла. Так, если из 2 взаимодействующих тел 1-ое имеет более высокую температуру, чем 2-ое, то тепло будет переходить от 1-ого тела ко 2-ому.

С точки зрения кинетической теории газов температура прямо пропорциональна средней кинетической энергии поступательного движения элементарных частиц вещества:

k – постоянная Больцмана

– средняя скорость поступательного движения молекул

Из уравнения следует, что при Т = 0 поступательное движение молекул должно прекратиться. Такая температура называется абсолютным нулем.

Термодинамическим параметром состояния является абсолютная температура Т, отсчитываемая от абсолютного нуля по шкале Кельвина.

Для практических целей используется шкала Цельсия

T = t + 273,15

Давление численно равно силе, действующей на единицу площади поверхности и направленной по нормали к ней.

С точки зрения молекулярно-кинетической теории газов давление является результатом ударов молекул об ограничивающие тело поверхности и численно равно:

 - коэффициент сжимаемости, зависящий от размеров молекул и действующих между ними сил.

n – количество молекул, приходящихся на единицу объема газа

Удельный объем – объем единицы вещества (массы или веса).

, [  ] = м 3 /кг

Что изучает термодинамика?

Дайте определение термодинамической системы.

Какое число независимых параметров определяет состояние рабочего тела? Объясните почему.

Приведите пример гомогенной термодинамической системы. Объясните почему.

Приведите пример гетерогенной термодинамической системы. Объясните почему.

Если температура задана в градусах Цельсия, то каким образом перейти от нее к температуре по шкале Кельвина?

2. Лекция 2 «Газовые смеси»

В теплотехнике часто приходится иметь дело не с однородными газами, а с газовыми смесями.

Газовой смесью называется механическая смесь, в которой входящие в ее состав газы сохраняют свою химическую индивидуальность (не вступают между собой в химические реакции). Составляющие смесь газы носят название компонентов.

Основные предпосылки рассмотрения газовых смесей:

Каждый компонент смеси распространяется по всему занимаемому ею объему и подчиняется уравнению состояния:

m i , R i – масса и газовая постоянная i компонента

Под парциальным давлением понимается давление каждого из компонентов при условии заполнения им всего занимаемого смесью объема V см при температуре, равной температуре смеси T см .

Смесь газов оказывает на стенки сосуда давление, равное сумме парциальных давлений (закон Дальтона).

Уравнения состояния и все его виды справедливы и для газовых смесей, если в расчет вводится газовая постоянная смеси R см .

Одной из важных характеристик смеси является ее состав, который определяется количеством каждого из газов, входящих в смесь, и может быть выражен посредством массовых, объемных и мольных долей отдельных компонентов, составляющих смесь.

Задание состава смеси массовыми (весовыми) долями

Массовой (весовой) долей компонента, входящего в смесь называется отношение массы (веса) этого компонента к массе (весу) всей смеси.

Если обозначить массу (вес) i компонента газа m i , массу (вес) смеси m см , то массовая (весовая) доля этого газа будет:

Сумма массовых долей компонентов:

Задание состава смеси объемными долями

Объемной долей компонента, входящего в смесь газов называется отношение парциального (приведенного) объема компонента к объему всей смеси.

V i – парциальный объем i – того компонента.

Под парциальным объемом компонента понимается объем, который он занимал бы при температуре и давлении смеси.

Сумма объемных долей всех компонентов, составляющих смесь равна 1.

Задание состава смеси мольными долями

Мольной долей компонента в смеси называется отношение количества молей рассматриваемого компонента M i к общему количеству молей смеси M см .

Параметры газовых смесей

Средняя молекулярная масса смеси

Под средней молекулярной массой смеси газов μ см понимается молекулярная масса некоторого условного газа, состоящего из одинаковых молекул и имеющих ту же массу и число молекул, что и газовая смесь.

Уравнение определяет молекулярную массу смеси при задании ее состава массовыми (весовыми) долями.

Газовая постоянная смеси

Парциальное давление компонентов смеси

Удельный объем и плотность смеси

Вопросы для самостоятельной проверки знаний учащихся:

Дайте определение термину «газовая смесь».

Приведите примеры газовых смесей из дисциплины «Природные и искусственные газы».

В чем заключается закон Дальтона?

Перечислите способы задания компонентов газовой смеси. Чему равна сумма всех компонентов?

3. Лекция 3 «Работа и теплота»

При взаимодействии между различными телами работа может передаваться от одного тела к другому в форме работы или теплоты.

Передача энергии телу путем совершения над ним работы всегда связана с изменением внешних условий, например, с изменением формы тела или его перемещением. Работу, совершенную самим телом считают положительной, работу над телом считают отрицательной.

Удельной работой называется работа, приходящаяся на единицу веса или массы вещества.

[а] = H/м

Передача энергии в форме теплоты не связана с изменением положения или формы тел и заключается в непосредственной передаче тепла от более нагретого тела к менее нагретому в результате теплового контакта или излучения. Такая форма обмена энергией называется теплообменом.

Количество тепла, полученного телом в результате теплообмена считают положительным, а отданного – отрицательным.

Удельным количеством тепла называется количество тепла, приходящееся на единицу веса или массы вещества.

[q] = H/м

Таким образом, теплообмен и работа – формы обмена энергией, а количество тепла и количество работы – меры энергии, передаваемой в тепловой и механической формах.

Вопросы для самостоятельной проверки знаний учащихся:

Чем отличается работа от удельной работы?

Дайте определение термину «теплота».

Объясните термин «теплообмен», используя понятие теплоты.

4. Лекция 4 «Теплоемкость, виды»

Теплоемкостью тела называется количество тепла, необходимого для нагревания тела на 1 градус.

В теплотехнических расчетах используют понятие удельной теплоемкости, которую часто называют просто теплоемкостью.

Под удельной теплоемкостью понимается количество тепла, которое нужно затратить, чтобы повысить температуру единицы количества вещества на 1 градус.

В зависимости от принятой единицы измерения количества вещества различают массовую, объемную, мольную теплоемкость.

Массовая обозначается c и измеряется Дж/кг  град

Объемная обозначается c’ и измеряется Дж/м 3  град

Мольная обозначается  c и измеряется Дж/кмоль  град

Связь между рассмотренными теплоемкостями выражается следующими зависимостями:

 - молекулярная масса газа, кг/моль

22,4 – объем, занимаемый 1 кмолем при нормальных условиях, м3/кмоль

 - плотность газа при нормальных условиях, кг/м 3

Теплоемкость зависит от природы и физического состояния тел. Для данного вещества теплоемкость изменяется в зависимости от температуры.

Теплоемкость газовой смеси определяется ее составом. Предположим состав смеси задан массовыми долями g 1 , g 2 , …., при этом с 1 , с 2 ... – массовые теплоемкости отдельных компонентов, входящих в смесь.

Массовая теплоемкость смеси из n – компонентов определяется как

Вопросы для самостоятельной проверки знаний учащихся:

Что означает термин «теплоемкость»?

Какие виды теплоемкости Вы знаете?

От каких параметров или факторов может зависеть теплоемкость тела?

Какой вид теплоемкости применяют в теплотехнических расчетах?

Назовите зависимости, связывающие между собой различные виды теплоемкости.

5. Лекция 5 «Первый закон термодинамики. Энтальпия»

Энергия является единой как общая мера движения материи.

В соответствии с различными формами движения материи принято говорить о различных формах энергии, например, тепловой, электрической, механической и т.п. Подразделяется энергия на различные виды для того, чтобы указать способ, форму передачи определенного количества вещества от одного тела к другому.

В технической термодинамике рассматривается частный случай закона сохранения и превращения энергии, устанавливающий эквивалентность между теплотой и механической работой и называемый первым законом термодинамики.

Согласно этому закону, независимо от процесса, количество тепла, полностью превращенное в механическую работу, всегда дает строго эквивалентное количество теплоты и наоборот.

Q = A

Если система неподвижна, то аналитическое выражение 1-ого закона термодинамики имеет следующий вид:

Q = Δ U + A

Из этого уравнения следует, что подводимое к системе тепло расходуется на изменение внутренней энергии системы и на совершение работы против действующих на нее внешних сил.

Внутренняя энергия системы U включает энергию поступательного, вращательного и колебательного движения частиц вещества, а также потенциальную энергию сил взаимодействия между молекулами.

Одна из основных особенностей внутренней энергии заключается в том, что она не зависит от процесса, предшествующего данному состоянию рабочего тела, а определяется лишь состоянием рабочего тела.

Энтальпия

Чтобы ввести тело объемом V во внешнюю среду, имеющую давление p c , необходимо произвести работу по вытеснению такого же объема среды. Количество произведенной при этом работы p c · V передается внешней среде и превращается в ее потенциальную энергию.

Следовательно, если неподвижное тело находится во внешней среде с давлением p c , то с любым состоянием тела будет связана некоторая энергия, равная сумме внутренней энергии тела U и потенциальной энергии среды p c · V . Эта потенциальная энергия называется энтальпией.

I = U + p c · V

Энтальпия характеризует полную энергию расширенной термодинамической системы, включающей и тело, и окружающую среду.

Вопросы для самостоятельной проверки знаний учащихся:

Как определяется внутренняя энергия рабочего тела?

Что представляет собой термин «энтальпия» и с какими параметрами тела он связан?

В чем заключается первый закон термодинамики?

Какие виды энергии Вы знаете?

6. Лекция 6 «Основные термодинамические процессы»

Внешним признаком процесса является изменение хотя бы одного из параметров состояния. Различают равновесные и неравновесные процессы.

Под равновесным процессом понимают непрерывную последовательность равновесных состояний, через которые проходит рабочее тело.

Осуществление равновесного процесса возможно при следующих условиях:

давление и температура рабочего тела и окружающей среды равны между собой.

изменение параметров состояния тела происходит на бесконечно малые величины при бесконечно медленном протекании процесса.

изменение параметров состояния происходит одновременно в бесконечно большом числе мест, охватывая все точки рабочего тела.

Равновесный процесс возможен только при взаимодействии рабочего тела с окружающей средой, разобщение рабочего тела с окружающей средой мгновенно обрывает этот процесс.

Только равновесные процессы могут быть изображены графически на диаграммах состояния. В частности, такой диаграммой является графическое изображение равновесного состояния в виде рабочего тела в виде точки и равновесного процесса в виде линии в системе координат p-v.

Равновесные процессы обладают свойством обратимости, т.е. могут осуществляться как в прямом, так и в обратном направлении, поэтому их называют обратимыми. В прямом направлении рабочее тело проходит через равновесные состояния A, C, K, M…B и в обратном состояния через те же состояния B,…, M, K, C, A

При проведении равновесного процесса в прямом и обратном направлениях ни в рабочем теле, ни в окружающей среде не останется никаких изменений.

Примером равновесного процесса может быть процесс медленного сжатия в цилиндре. Газ под действием груза m, расположенного на поршне, находится в равновесном состоянии при давлении p 1 . Если положить на поршень груз, несоизмеримо малый с грузом m (например, песчинку), то внешнее давление возрастет на незначительную величину и поршень очень медленно переместится на бесконечно малую величину. При этом внешнее давление p практически останется равным внутреннему p 1 , и рабочее тело в таком «микропроцессе» будет находиться в равновесном состоянии.

Реальные процессы изменения состояния обычно протекают в условиях взаимодействия рабочего тела и окружающей среды при значительных скоростях и больших разностях между параметрами рабочего тела и окружающей среды. Такие процессы называются неравновесными.

Неравновесные процессы, протекающие только в одном направлении называют необратимыми.

В технической термодинамике условно считают, что параметры состояния имеют одинаковые значения для всех частей рабочего тела, это позволяет использовать уравнения и закономерности для равновесных состояний.

Основными термодинамическими процессами изменения состояния рабочего тела являются следующие: изохорный, изобарный, изотермический, адиабатный и политропный.

При исследовании этих процессов решают следующие основные задачи:

находят уравнения процесса, устанавливающие закономерности изменения состоянии рабочего тела и позволяющие получать соотношения между различными параметрами газа в виде индивидуальных зависимостей

выявляют особенности преобразования подведенного к рабочему телу тепла, распределение его между изменением внутренней энергии и совершаемой рабочим телом внешней работой.

Изохорный процесс

Термодинамический процесс, протекающий при постоянном объеме

(изос – равный, хора – пространство)

Такой процесс может совершаться рабочим телом, находящимся в цилиндре при неподвижном поршне, если к нему подводится тепло от источника тепла или от него отводится тепло к холодильнику.

У

Словие v = const - уравнение процесса в системе координат P-V, также справедливо

2 ’

Изобарный процесс

Термодинамический процесс, протекающий при постоянном давлении

(изос – равный, барос – тяжесть)

p = const - уравнение процесса или - объем рабочего тела изменяется прямо пропорционально изменению абсолютной температуры.

Се тепло идет на изменение энтальпии

При расширении газа тепло подводится (1-2), работа процесса выражается площадью + А, при сжатии газа (1-2’) тепло отводится, работа процесса выражается площадью –А.

Изотермический процесс

Термодинамический процесс, протекающий при постоянной температуре

(изос – равный, терме – тепло, жар)

p  V = const - уравнение процесса или

Се тепло сообщаемое рабочему телу идет на совершение внешней работы.

1 – 2 А > 0 работа расширения газа

1- 2’ A < 0 работа сжатия газа

Адиабатный процесс

Термодинамический процесс, осуществляется без теплообмена рабочего тела с окружающей средой

p  Vk = const - уравнение адиабаты Пуассона,

внешняя работа совершается за счет изменения внутренней энергии рабочего тела. Адиабата – неравнобокая гипербола.

Политропный процесс

Термодинамический процесс, в котором могут изменяться все основные параметры газа и осуществляется теплообмен между рабочим телом и окружающей средой. Реальные процессы в тепловых машинах, как правило, являются политропными.

p  Vn = const - уравнение политропного процесса

Внешняя работа совершается за счет изменения внутренней энергии рабочего тела.

Вопросы для самостоятельной проверки знаний учащихся:

Что такое теплота и сущность процесса?

Объясните отличие равновесных и неравновесных процессов друг от друга.

Приведите пример неравновесного процесса.

Сравните обратимый и необратимый процесс и объясните, какие изменения в ходе этих процессов происходят с рабочим телом.

Кратко охарактеризуйте каждый из термодинамических процессов (изотермический, изобарный, изохорный). Что означает приставка «изо-» для обозначения этих процессов?

6. Опишите, что за процесс изображен на рисунке:

7. Лекция 7 «Физическая сущность 2 закона термодинамики»

1 закон термодинамики устанавливает количественное соотношение между различными видами энергии при их взаимном превращении.

Однако он не дает ответа на вопрос о возможном направлении таких превращений и условиях, при которых преобразование энергии может быть реализовано.

Так наблюдениями установлено, что не все процессы, связанные с передачей и преобразованием различных видов энергии равновозможны. Так, например, распространение энергии от горячих тел к холодным протекает самопроизвольно, но обратные процессы в природе никогда не наблюдаются. Для того, чтобы охладить тело ниже температуры окружающей среды надо затратить энергию.

Особое значение для практики имеет необратимость взаимного преобразования тепла и механической работы. Опыт показывает, что преобразование механической энергии в тепловую всегда происходит полностью и самопроизвольно без каких-либо условий или процессов.

Так, работа трения или удара целиком преобразуется в тепловую энергию и нагревает систему, в которой эти процессы происходят. Однако обратное преобразование тепловой энергии, рассеянной в окружающей среде, в механическую работу самопроизвольно происходить не может.

Наблюдаемые характерные особенности тепловой энергии привели к установлению 2 закона или 2 начала термодинамики.

Существуют ряд эмпирических формулировок этого закона, каждая из которых описывает определенные внешние проявления рассмотренных особенностей теплоты и констатирует необратимость самопроизвольных термодинамических процессов.

Закон термодинамики в формулировке Клаузиса :

Тепло не может самопроизвольно перейти от более холодного тела к более теплому.

Молекулярно-кинетическая теория Больцмана устанавливает, что переход из неравновесного состояния (увеличение давления, температуры и т.п.) в состояние термодинамического равновесия представляет собой процесс, который может осуществляться настолько большим числом способов, что протекает самопроизвольно.

Самопроизвольный выход системы из равновесного состояния имеет ничтожно малое число способов реализации, поэтому считается почти невозможным.

Универсальная формулировка 2 начала термодинамики (Л.Больцман) устанавливает, что в непосредственно окружающей нас природе все явления идут от состояний меньшей вероятности к состояниям большей вероятности.

Вопросы для самостоятельной проверки знаний учащихся:

Сколько формулировок второго начала термодинамики Вы знаете?

Какая из формулировок утверждает, что охлажденное тело не может самостоятельно отдать тепло более нагретому телу?

Почему потребовалось формулировать второй закон термодинамики, а не ограничились существование первого закона?

8. Лекция 8 «Преобразование тепловой энергии в механическую работу»

В реальных тепловых двигателях после каждого цикла обычно происходит смена рабочего тела. Однако возможны и замкнутые циклы, совершаемые с одним и тем же рабочим телом за счет изменения параметров его состояния. С точки зрения термодинамики эти схемы совершенно эквивалентны, поэтому весь дальнейший анализ будем проводить применительно к замкнутым циклам.

При уменьшении объема рабочего тела будет происходить его сжатие с изменением параметров состояния. Чем больше повышаются давление и температура газа, тем выше проходит кривая сжатия и тем больше затрата работы на его осуществление.

При необходимости получения полезной механической работы имеют смысл только такие циклы, в которых работа сжатия А сж меньше работы расширения А р . Эти циклы называются прямыми и лежат в основе работы тепловых двигателей. Полезная работа прямого цикла равна разности работы расширения А р и сжатия А сж . А = А р - А сж

В обратных циклах А р < А сж , поэтому работа обратного цикла отрицательна, и он используется в холодильных установках.

Таким образом, в непрерывно действующем тепловом двигателе необходимо периодическое повторение прямых циклов, в которых процесс сжатия должен характеризоваться минимальной затратой энергии.

Непременным условием преобразования тепловой энергии в механическую является прямая или косвенная затрата части тепла, подведенного в цикле, на возвращение рабочего тела в состояние минимального объема.

С учетом этого условия была предложена еще одна формулировка 2 закона термодинамики : Невозможно создать периодически действующую машину, которая бы производила механическую работу только за счет охлаждения источника теплоты, не отдавая части тепла холодильнику.

Основным показателем эффективности циклов тепловых двигателей является их термический или термодинамический коэффициент полезного действия η . Он определяет степень преобразования тепловой энергии в механическую в прямом цикле и представляет отношение величины тепловой энергии (Q), преобразованной в механическую работу, ко всему подведенному теплу (q 1 ).

Вопросы для самостоятельной проверки знаний учащихся:

Что означает термин «термодинамический цикл?

Как объяснить отличие прямого и обратного цикла?

Назовите основной показатель эффективности работы теплового двигателя.

Объясните термины «работа расширения» и «работа сжатия», в чем они различаются?

9. Лекция 9 «Цикл Карно»

2 закон термодинамики показывает, что обязательным условием преобразования теплоты в механическую работу является компенсирующий процесс передачи тепловой энергии холодильнику.

Важно рассмотреть вопрос о предельном КПД тепловых двигателей, идеализируя термодинамические процессы.

Французский ученый С.Карно предложил цикл, который состоит только из обратимых процессов, совершаемых с идеальным рабочим телом. При этом он использовал такие термодинамические процессы, которые наилучшим образом удовлетворяют назначению в цикле.

Подвод и отвод теплоты в цикле выполняется изотермически, т.к. только в этом случае обеспечивается их обратимость.

Процессы сжатия и расширения протекают адиабатно, т.е. наиболее экономичным образом без внешних тепловых потерь.

Двигатель, работающий по циклу Карно, можно представить в виде поршневой машины, цилиндр которой заполнен идеальным газом. Газ периодически приводится в соприкосновение с горячим источником, имеющим температуру Т 1 или с холодильником, имеющим температуру Т 2 . Пусть газ первоначально находится при температуре Т 1 и имеет давление p 1 . При нагревании рабочего тела от горячего источника происходит изотермическое расширение 1-2 с подводом теплоты q 1 . После этого горячий источник удаляется и газ самопроизвольно расширяется без внешнего теплообмена, т.е. по адиабате 2-3 до температуры Т 2 . При осуществлении процесса расширения двигатель производит механическую работу.

По окончании расширения цилиндр приводится в соприкосновение с холодильником, имеющим температуру Т 2 , и за счет механической энергии, запасенной в аккумуляторе, осуществляется изотермическое сжатие 3-4 с отводом теплоты q 2 . Затем рабочее тело возвращается в исходное состояние путем адиабатного сжатия 4-1.

В результате осуществления цикла Карно рабочее тело совершает полезную работу А, эквивалентную площади, заключенной внутри контура 1-2-3-4.

Выводы:

Термический КПД обратимого цикла, осуществляемого между 2 источника тепла, не зависит от свойств рабочего тела, при помощи которого он реализуется.

Термический КПД обратимого цикла Карно практически не может быть равен 1 и его величина зависит от интервала температур

Т 1 и Т 2 , в котором осуществляется цикл. Чем выше температура горячего источника и чем ниже температура холодильника, тем больше полезная работа цикла.

Цикл Карно, составленный из наиболее целесообразных термодинамических обратимых процессов, обладает максимальным КПД из всех возможных циклов, осуществляемых в том же интервале температур.

Практически цикл Карно осуществить трудно и даже нецелесообразно по причине малой удельной работы и необходимости значительно увеличить габариты двигателя.

Вопросы для самостоятельной проверки знаний учащихся:

1. Объясните, какими причинами было обусловлена формулировка цикла Карно?

2. Из каких термодинамических процессов состоит цикл Карно? Охарактеризуйте каждый из них.

3. Какое значение для цикла Карно имеют адиабатные процессы?

4. Сформулируйте универсальную формулировку второго начала термодинамики.

Заключение

Со своей стороны хочется пожелать студентам успешного освоения и усвоения рассматриваемого материала и надеюсь, что данный конспект лекций будет помощью при изучении раздела «Основы теплотехники».

Приведенные в конце каждой лекции вопросы для самоподготовки помогут проверить качество изученного материала и обратить внимание на определенные вопросы, а материал с формулами и рисунками послужит хорошей теоретической базой для проведения занятий и выполнения домашних заданий.

С уважением, Маркова Н.В.

Брюханов О.Н. Основы гидравлики и теплотехники: Учебник для студ. учрежд. сред. проф. образования / Брюханов О.Н., Мелик-Аракелян А.Т., Коробко В.И - М.: ИЦ Академия, 2008. - 240 c.

Брюханов О.Н. Основы Гидравлики, теплотехники и аэродинамики: Учебник для студ. учрежд. сред. проф. образования / Брюханов О.Н., Мелик-Аракелян А.Т., Коробко В.И. - М.: Инфра-М, 2014, 253 с.

Прибытков И.А. Теоретические основы теплотехники: Учебник для студ. учрежд. сред. проф. образования/ Прибытков И.А., Левицкий И.А. - М.: Академия, 2004

Гдалев А.В. Теплотехника: Учебное пособие / Гдалев А.В. - Саратов: Научная книга, 2012.- 287 c.

Луканин В.Н., Шатров М.Г., Камфер Г.М «Теплотехника» - М.: Высшая школа, 2000. – 671 с.

Ртищева А.С. Теоретические основы гидравлики и теплотехники: Учебное пособие. - Ульяновск: УлГТУ, 2007. - 171 с.