- •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:
Изобарический процесс
Характеризуется постоянным значением давления (P=const). Из уравнения состояния идеального газа получим V/T=R/P=const, т.е. в изобарном процессе объем газа пропорционален его абсолютной температуре.
В P-V координатах работа ℓ пропорциональна площади под кривой процесса 1-2. Линия 1-2 изображает процесс расширения (работа положительная), а линии 1-3 – процесс сжатия (работа отрицательная).
Из уравнения состояния следует, что теплота в данном случае затрачивается как на осуществление работы, так и на изменение внутренней энергии рабочего тела. В данном случае Sq=dh.
Т.е. теплота, подведенная (отведенная) к рабочему телу в изобарном процессе приводит к изменению его энтальпии.
На T-S диаграмме изобарный процесс изображается графиком логарифмической функции. Поскольку CP > CV, то в T-S координатах изобара идет более полого, чем изохора. На рисунке процесс 1-2 протекает с подведением теплоты (∆S>0), а процесс 1-3 – с отводом теплоты (∆S<0). Количество теплоты, подведенной к рабочему телу, пропорциональна площади под кривой процесса 1-2.
Адиабатный процесс
Адиабатный процесс – это процесс, который протекает без теплообмена с окружающей средой: Sq=0
При этом PVk = const – уравнение адиабатного процесса.
k – показатель адиабаты.
Т.к. k >1, то в P-V координатах линия адиабаты проходит еще круче изотермы.
Работа ℓ пропорциональна площади под кривой 1-2. В данном случае ∆V>0 и поэтому ℓ >0.
Т.к. при адиабатном процессе Sq=0, то dS=0. Значит S=const.
Адиабатный обратимый процесс является изоэнтропийным процессом, т.е. протекает при постоянном значении энтропии. Линии 1-2 соответствуют расширению рабочего тела (процесс сопровождается уменьшением температуры), а линия 1-3 соответствует сжатию рабочего тела.
При адиабатном процессе теплоемкость рабочего тела равна нулю.
Политропный процесс характеризуется тем, что он протекает в идеальном газе при постоянном значении теплоемкости, которая может иметь любое числовое значение от –8 до +8.
При политропном процессе часть количества теплоты, которая тратится на изменение внутренней энергии остается неизменной: ∆u/q=const.
Уравнение политропного процесса имеет вид
PVn = const
Величина n, зависящая от теплоемкости процесса Cn, называется показателем политропы. Будучи постоянным для конкретного процесса, показатель политропы определяет его характер.
Пролитропный процесс является обобщающим; рассмотренные выше процессы являются его частным случаем.
Действительно, из уравнения PVn = const при различных n имеем:
n = 0; PV0 = P = const – изобарный процесс;
n ± 8; V = const – изохорный процесс;
n = 1; PV = const – изотермный процесс;
n = R; PVk = const – адиабатный процесс.
Вопросы для самоконтроля:
В чем физическая сущность внутренней энергии системы? С каких видов движения микрочастиц она состоит? Докажите, что внутренняя энергия – это параметр состояния. В чем разница внутренних энергий идеальной и реальной работ тела?
Напишите выражение для вычисления работы. Покажите, что площадь под кривой процесса в P-V координатах пропорциональна работе.
Что такое работа и теплота? Что между ними общего и чем они отличаются?
Напишите уравнение первого закона термодинамики. Приведите формулировку этого закона.
Что такое истинная и средняя теплоемкости? Укажите на связь между ними. Перечислите виды теплоемкости, укажите их размерность и запишите связь между ними. Напишите формулу Майера.
Как выражается теплоемкость смеси газов через массовую и объемную части компонентов.
Что такое энтальпия, какая ее размерность? Приведите расчетное выражение для внутренней энергии и энтальпии.
Докажите, что энтропия – параметр состояния. Напишите зависимость энтропии от основных термодинамических параметров, а также уравнение термодинамической тождественности.
Докажите, что площадь под кривой процесса в T-S координатах численно пропорциональна количеству теплоты, подведенной к рабочему телу. Какая зависимость между подведенным или отведенным количеством теплоты в процессе с переменной энтропией.
Приведите расчетные выражения для количества теплоты, используя различные виды первого закона термодинамики, формулы теплоемкости, энтальпии, энтропии.
Приведите анализ основных термодинамических процессов идеального газа для закрытых термодинамических систем (изохорного, изобарного, изотермного, адиабатного). Запишите расчетные зависимости для вычисления величины работы количества теплоты, энтропии. Напишите формулу связи между основными параметрами состояния.
Докажите, что политропный процесс является обобщающим процессом, который включает все основные термодинамические процессы. Проанализируйте разные группы политропных процессов расширения и сжатия в P-V и T-S координатах.