- •Раздел I. Основы технической Термодинамики
- •Тема 1.1 Основные понятия и определения.
- •Термодинамическая система
- •Термодинамическое состояние и термодинамический процесс
- •Тема 1.2 Основные законы идеальных газов
- •Термические параметры состояния и единицы их измерения
- •Понятие про реальные и идеальные газы
- •Уравнение состояния термодинамической системы
- •Уравнение состояния идеального газа
- •Численное значение газовой постоянной, отнесенной к 1 кг газа (удельной газовой постоянной), можем вычислить по формуле
- •Тема 1.3 Газовые смеси
- •Уравнение Менделеева – Клайперона
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Список используемой литературы Основная
- •Дополнительная
- •Тема 1.4 Теплоемкость газов
- •Тема 1.5 Первый закон термодинамики Вопросы темы
- •Полная и внутренняя энергии системы
- •Работа и теплота в термодинамическом процессе
- •Первый закон термодинамики
- •Графическое изображение работы
- •Энтальпия и энтропия рабочего тела
- •Тема 1.6 Процессы изменения состояния идеальных газов
- •Изохорический процесс
- •Изобарический процесс
- •Адиабатный процесс
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Список используемой литературы Основная
- •Дополнительная
- •Тема 1.7 Второй закон термодинамики
- •Сущность и формулировки второго закона термодинамики.
- •Термический кпд. Холодильный коэффициент.
- •Истолкование второго закона термодинамики
- •Цикл Карно
- •Регенеративный цикл Карно
- •Цикл Карно
- •Математическое выражение второго закона термодинамики
- •Литература Основная
- •Дополнительная
- •Свойства и процессы реальных газов и паров.
- •Тема 1.8 Водяной пар
- •Параметры состояния жидкости и пара.
- •Основные термические процессы водяного пара
- •Тема 1.9 Влажный воздух
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Список литературы
- •Тема 1.10 Сток и дросселирование газов и паров.
- •Вопросы для самоконтроля.
- •Список литературы
- •Тема 1.11 Термодинамический цикл теплосиловых установок.
- •Циклы двигателей внутреннего сгорания
- •Циклы газовых турбин и реактивных двигателей
- •Циклы реактивных двигателей.
- •Циклы паросиловых установок.
- •Циклы холодильных установок и тепловых насосов.
- •Цикл паровой компрессионной холодильной установки.
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Список литературы
- •Модуль V.
- •Раздел II. Теория теплообмена
- •Тема 2.1 Основные понятия и определения. Лучистый теплообмен.
- •Сумма энергии собственного и отражательного излучения составляет эффективное излучение тела.
- •Основные законы излучения абсолютно черного тела
- •Тема 2.2 Теплопроводность
- •Закон Фурье
- •Коэффициент теплопроводности
- •Дифференциальное уравнение
- •Теплопроводность при стационарном режиме и граничных условиях первого рода
- •Тема 2.3 Конвективный теплообмен.
- •Дифференциальные уравнения конвективного теплообмена
- •Теплоотдача при кипении
- •Теплоотдача при конденсации
- •Тема 2.4 Сложный теплообмен
- •Теплопроводность при стационарном режиме и граничных условиях третьего рода (теплопередача)
- •В случае многослойной стенки
- •Вопросы для самоконтроля:
Истолкование второго закона термодинамики
По физическому смыслу сущность второго закона термодинамики можно высказать следующим образом: преобразование теплоты в работу без компенсации невозможно.
Такой компенсацией в круговых процессах является передача части подведенной теплоты нижнему источнику, в разомкнутых процессах – увеличение объема рабочего тела.
Немецкий физик О. Клазиус сформулировал второй закон в виде постулата: теплота не может переходить от холодного тела к горячему сама собой, без компенсации.
Формулировка В.Томсона: невозможно построить периодически действующую машину, которая выполняет механическую работу и соответственно охлаждает источник теплоты.
С. Карно (французский инженер 1824 г.), впервые установивший условия, при которых может происходить превращение теплоты в работу, и факторы, влияющие на КПД тепловой машины, высказал второй закон термодинамики в следующем виде: для получения из теплоты работы необходимо иметь разность температур.
Цикл Карно
Прямой цикл Карно, предложенный в 1824 г. французским ученым С.Карно, является идеальным циклом тепловой машины, потому что обеспечивает наиболее полное преобразование теплоты в работу.
Цикл Карно состоит из оборотных процессов, а именно: из двух изотерм (a-b и c-d) и двух адиабат (b-c и d-a). На участке расширения a-b к рабочему телу подводится от нагревателя количество теплоты q1 при постоянной температуре T1.
Дальше на участке b-c происходит адиабатное расширение с падением температуры от Т1 до Т2. На участке c-d осуществляется изотермное сжатие.
При этом от рабочего тела отводится к охладителю количество теплоты q2 при постоянной температуре Т2.
В результате дальнейшего адиабатного сжатия на участке d-a рабочее тело возвращается в исходное положение. Отметим, что на участках a-b и c-d (изотермы) изменение внутренней энергии равно нулю и подведенная (отведенная) теплота равна работе. На участках b-c и d-a нет подведения (отведения) теплоты и работа происходит за счет изменения внутренней энергии (в процессе сжатия d-a затраченная работа идет на увеличение внутренней энергии рабочего тела).
Термический К.П.Д. цикла Карно определяется по формуле:
ηt = 1 – Т2 / Т1
Повысить К.П.Д. цикла Карно можно за счет увеличения температуры Т1 источника теплоты, или за счет уменьшения температуры Т2 охладителей. Получить К.П.Д. который бы был равен единице можно только в тех случаях, когда Т1 → 8 или Т2 → 0, что невозможно.
Для обратного оборотного цикла Карно холодильный коэффициент определяется по формуле:
Ех = Т2 / (Т1 – Т2)
Термический коэффициент и холодильный коэффициент цикла Карно не зависят от природы рабочего тела (идеальный или реальный газ), а определяются только абсолютными температурами источника теплоты и охладителя. Это положение имеет название теоремы Карно.
Регенеративный цикл Карно
В современных тепловых и холодильных установках используют регенерацию теплоты как метод повышения их эффективности. Этот принцип играет большую роль в увеличении КПД теплосиловых установок. Примером регенерации теплоты может служить регенеративный цикл Карно.