3. Изотермический процесс
Изотермическим процессом называется такое изменение состояния рабочего тела, при котором температура его остается постоянной. Таким образом, в изотермическом процессе Т=соnst при переменных р и V.
При постоянной температуре давление газа обратно пропорционально его объему (закон Бойля — Мариотта). Графически изотермической процесс в рv-координатах изображается кривой, построенной по уравнению рV =соnst. Эта кривая называется изотермой и является равнобокой гиперболой (рис. 3).
4. Адиабатный процесс
Адиабатным процессом называется процесс изменения состояния рабочего тела, протекающий без теплообмена с окружающей средой.
Параметры состояния в адиабатном процессе являются переменными величинами. Адиабатный процесс можно было бы осуществить при расширении или сжатии газа в цилиндре, стенки которого абсолютно нетеплопроводны. В природе абсолютно нетеплопроводных материалов нет, поэтому осуществление идеально адиабатного процесса невозможно.
Графически адиабатный процесс в рv-координатах изобразится кривой 2-2’ (рис. 4, а). По своему виду адиабата похожа на изотерму, но отличается от нее более крутым падением.
Задача № 5
5 кг азота расширяются от начального состояния р1 = 12 бар и t1 = 250°С до конечного давления р2=2 бар. Определить конечные параметры и работу газа при изотермическом и адиабатном расширениях.
Таблица № 9
Исходные данные к задаче № 5
-
Последняя цифра шифра
Х, кг
р2, бар
Предпослед. цифра шифра
t1, ºС
р1, бар
0
3
1
0
300
9
1
4
2
1
280
10
2
5
3
2
260
11
3
6
4
3
240
12
4
7
1
4
250
13
5
8
2
5
240
14
6
4
3
6
220
15
7
6
4
7
210
10
8
7
1
8
200
12
9
8
2
9
180
14
Тема 3. Теплопередача через однослойную и многослойную плоскую стенку (стационарный режим)
Теплопередача - перенос теплоты от одной подвижной среды (горячей) к другой (холодной) через однослойную или многослойную твердую стенку любой формы.
Примерами теплопередачи могут служить: передача теплоты от греющей воды к воздуху помещения через стенки нагревательных батарей центрального отопления, передача теплоты от дымовых газов к воде через стенки кипятильных труб в паровых котлах, котлах, передача теплоты от конденсирующегося пара к воде через стенки труб конденсатора, передача теплоты от нагретых газов к воде через стенку цилиндра двигателя внутреннего сгорания и т. д. Во всех рассматриваемых случаях стенка служит проводником теплоты и изготавливается из материала с высокой теплопроводностью.
Теплопередача представляет собой весьма сложный процесс, в котором теплота передается всеми способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.
Действительно, при наличии стенки процесс теплопередачи складывается из трех звеньев. Первое звено — перенос теплоты конвекцией от горячего теплоносителя к стенке. Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью и часто — лучеиспусканием. Второе звено — перенос теплоты теплопроводностью через стенку. При распространении теплоты в пористых телах теплопроводность связана с конвекцией и излучением в порах. Третье звено — перенос теплоты конвекцией от второй поверхности стенки к холодному теплоносителю. В этой передаче теплоты конвекция также сопровождается теплопроводностью и часто излучением.
Количество теплоты, переданной горячим теплоносителем стенке путем конвективного теплообмена, определяется по уравнению Ньютона-Рихмана:
, (1)
где
— коэффициент теплоотдачи от горячего
теплоносителя с постоянной температурой
к поверхности стенки, учитывающий все
виды теплообмена; F
— расчетная поверхность плоской стенки,
м2.
Тепловой поток, переданный теплопроводностью через плоскую стенку, определяется по уравнению:
. (2)
Тепловой поток, переданный от второй поверхности стенки к холодному теплоносителю, определяется по той же формуле конвективного теплообмена Ньютона—Рихмана:
, (3)
где
— коэффициент теплоотдачи от второй
поверхности стенки к холодному
теплоносителю с постоянной температурой
t2.
Величины в уравнениях (1), (2) и (3) одинаковы. Сколько теплоты воспринимает стенка при стационарном режиме, столько же она и отдает.
(4)
Плотность теплового потока равна:
(4*)
В
уравнении (4) величина
называется коэффициентом теплопередачи:
.
Тогда
,
-
уравнение теплопередачи
Числовое значение коэффициента теплопередачи выражает количество теплоты, проходящей через единицу поверхности стенки в единицу времени от горячего к холодному теплоносителю при разности температур между ними в 1°.
Для
определения k
требуется предварительное определение
и
,
которые в большинстве случаев являются
величинами сложными; они учитывают
передачу теплоты конвекцией и излучением:
Значение
k
всегда меньше наименьшего
.
Величина,
обратная коэффициенту теплопередачи,
называется общим термическим сопротивлением
через однослойную плоскую стенку. Эта
величина имеет размерность
Здесь
и
-
внешние термические сопротивления;
-
термическое сопротивление стенки.
В случае передачи теплоты через многослойную плоскую стенку в знаменателе формулы (4) нужно поставить сумму термических сопротивлений всех слоев:
(5)
Коэффициент теплопередачи через многослойную плоскую стенку равен:
Общее термическое сопротивление через многослойную плоскую стенку:
Температуры на поверхностях плоской стенки определяем из следующих уравнений:
,
При известных и k температуры поверхностей плоской стенки можно найти из формул:
