1.Термодинамические параметры системы. Уравнение состояния газа.

В термодинамике рассматриваются термодинамические системы, т.е. макроскопические объекты, которые могут обмениваться энергией как друг с другом, так и с внешней средой. Для описания состояния термодинамической системы вводятся физические величины, которые называются термодинамическими параметрами или параметрами состояния системы. Обычно в качестве термодинамических параметров выбирают давление P, объем V и температуру T.

Температура – это макроскопический параметр, характеризующий различную степень нагретости тел. Это одна из макроскопических характеристик внутреннего состояния тел. Понятие температуры имеет смысл для равновесных состояний термодинамической системы. Равновесным состоянием (состоянием термодинамического равновесия) называется состояние системы, не изменяющееся с течением времени (стационарное состояние), причем стационарность состояния не связана с процессами, происходящими во внешней среде. Равновесное состояние устанавливается в системе при постоянных внешних условиях и сохраняется в системе произвольно долгое время. Во всех частях термодинамической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия, температура одинакова.

Для измерения температуры используются зависимости некоторых физических параметров вещества от температуры. Такими параметрами могут быть объем, линейные размеры жидкостей и твердых тел, давление газа в замкнутом объеме, электрическое сопротивление, цвет тела и др. В термодинамической шкале температур температура измеряется в кельвинах ( К ) и обозначается Т .

Соотношение, устанавливающее связь между параметрами состояния системы называется уравнением состояния термодинамической системы. Если какой либо из термодинамических параметров системы изменяется, то происходит изменение состояния системы, называемое термодинамическим процессом . Термодинамический процесс называется равновесным, если система бесконечно медленно проходит непрерывный ряд бесконечно близких термодинамических равновесных состояний.  Изопроцессами называются термодинамические процессы, происходящие в системе с постоянной массой при каком либо одном постоянном параметре состояния.

Идеальным газом называется газ, молекулы которого не взаимодействуют друг с другом на расстоянии и имеют исчезающе малые собственные размеры. Состояние заданной массы m идеального газа определяется значениями трёх параметров: давления P, объёма V, и температуры Т. Соотношение, устанавливающее связь между этими параметрами, имеет вид:

   

где М - масса 1 моля газа, R = 8,31 - универсальная газовая постоянная.

Для одного моля газа уравнение состояния идеального газа примет вид:

   - уравнение Клапейрона.

Рассмотрим теперь изопроцессы для идеального газа:

T = const – изотермический процесс.

PV = const – закон Бойля-Мариотта.

P = const - изобарический процесс.

  - закон Гей-Люссака.

V = const – изохорический процесс ,

- закон Шарля.

2.Виды теплового расчета теплообменных аппаратов.

Теплообменный аппарат - устройство для передачи тепла от одного теплоносителя к другому.

Теплообмен между теплоносителя широко используется в технике. Теплообменные аппараты многочисленны и весьма разнообразны по назначению, оформлению. По принципу действия они разделяются на :

· Рекуперативные

· Регенеративные  поверхностные

· Смесительные

1. Рекуперативные ТА - устройства, в которых две жидкости с различными температурами разделены твердой стенкой.

Теплообмен происходит за счет теплоотдачи и теплопроводности стенки. Если одна из жидкостей A измеряющий газ (например - топки паровых котлов), то имеет место также тепловое излучение.

2. Регенеративная ТА - устройства, в которых одна и та же поверхность омывается то горячим, то холодным теплоносителям. Тепло воспринимается стенками аппарата и аккумулируется воздухоподогреватели котлоагрегатов.

3. Смесительные ТА - процесс теплопередачи происходит путем непосредственного контакта и смешения горячей и холодной жидкостей.

Виды теплового расчета теплообменников: Тепловые расчеты теплообменных аппаратов могут быть проектными и проверочными. Проектные (конструктивные) тепловые расчеты выполняют при проектировании новых аппаратов с целью определения поверхности теплообмена, обеспечивающий передачу заданного количества теплоты от горячего теплоносителя к холодному. Наиболее простым является конструктивный расчет теплообменника, при котором известные начальные и конечные параметры теплоносителей и необходимо рассчитать поверхность теплообмена, то есть фактически сконструировать теплообменник.

1) конструктивный расчет, когда известны параметры теплоносителей на входе и выходе и расходы теплоносителей (или расход теплоты). Выбрав предварительно конструкцию теплообменник, расчетом, определяют поверхность теплообмена;

2) проверочный расчет, когда известны поверхность теплообмена и конструкция аппарата и частично известны параметры их на входе. Расчетом находят неизвестные параметры (например, параметры на выходе), расходы   теплоносителей   или   другие характеристики аппарата (например, КПД).

В обоих случаях основными расчетными уравнениями служат: уравнение теплового баланса:

                           Q= m₁с₁ (t'₁ – t''₁)= m₂с₂ (t'₂ - t''₂)                    (40)

и уравнение теплопередачи:

                                          Q = kF(t₁ – t₂).