Министерство образования и науки Украины

Запорожская государственная инженерная академия

А.И. Чепрасов

ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕПЛОТЕХНИКА

Конспект лекций

для студентов ЗГИА

специальности 7.092501 «Автоматизированное

управление технологическими процессами»

дневной и заочной формы обучения

Запорожье

2010

Министерство образования и науки Украины

Запорожская государственная инженерная академия

А.И. Чепрасов

ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕПЛОТЕХНИКА

Конспект лекций

для студентов ЗГИА

специальности 7.092501 «Автоматизированное

управление технологическими процессами»

дневной и заочной формы обучения

Рекомендовано к изданию

на заседании кафедры теплоэнергетики,

протокол № ___ от 01.02.2010 р.

Термодинамика и теплотехника. Конспект лекций для студентов специальности 7.090510 «Автоматизированное управление технологическими процессами» дневной и заочной формы обучения / Сост.: А.И. Чепрасов.- Запорожье, Изд-во ЗГИА, 2008.– с.

Составитель: А.И. Чепрасов – профессор, к.т.н.

Ответственный за выпуск: зав. кафедрой теплоэнергетики,

д.т.н., професор И.Г. Яковлева

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

Часть I

ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА 5

1.1 Основные понятия 5

1.2 Параметры состояния термодинамической системы

1.3 Нормальные условия

1.4 Уравнение состояния идеального газа

1.5 Газовые смеси

1.6 Закон Дальтона

1.7 Теплота. Работа. Термодинамический процесс

1.8 Работа расширения

1.9 Функции состояния

1.10 Первый закон термодинамики

1.11 Теплоемкость

1.12 Уравнение Майера

1.13 Истинная и средняя теплоемкость

1.14 Энтропия

1.15 Второй закон термодинамики. Тепловой двигатель

1.16 Основные термодинамические процессы в газах

1.17 Циклы Карно

1.18 Эксергия

1.19 Изменение энтропии в обратимых и необратимых процессах

1.20 Реальные термодинамические процессы. Водяной пар

1.21 Теоретический цикл паротурбинной установки

1.22 Цикл Ренкина

1.23 Реальные термодинамические процессы. Влажный воздух

1.24 Энтальпия влажного воздуха. Диаграмма h-d

ЧАСТЬ ВТОРАЯ

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТЕПЛООБМЕНА

2.1 Основные понятия и определения

2.2 Количественные характеристики переноса теплоты

2.3 Закон Фурье – основной закон теплопроводности

2.4 Теплопроводность при стационарном режиме

2.4.1 Однородная плоская стенка

2.4.2 Многослойная плоская стенка

2.4.3 Цилиндрическая стенка

2.5 Конвективный обмен. Закон Ньютона-Рихмана

2.5.1 Закон Ньютона-Рихмана

2.5.2 Вынужденная конвекция, тепловой пограничный слой

2.5.3 Понятие о теории подобия. Критерии подобия

2.5.4 Зависимости для определения коэффициента теплоотдачи

2.5.5 Теплоотдача при изменении агрегатного состояния

2.6 Лучистый теплообмен. Основные определения

2.6.1 Основные законы излучения

2.6.2 Теплообмен излучения в системе тел

2.6.3 Использование экранов для защиты от теплового излучения

2.7 Сложный теплообмен

Введение

Теплотехника – наука, изучающая технические средства и методы превращения природных энергетических ресурсов в формы энергии, непосредственно используемые человеком (теплота, работа и электрическая энергия).

Теплотехника включает в себя три базовые дисциплины, такие как:

• техническая термодинамика;

• теория тепломассообмена;

• теория горения топлива и топливосжигающие устройства.

Иные составные части теплотехники имеют практическую направленность.

Часть I техническая термодинамика

1. Основные понятия и определения

Техническая термодинамика – наука, изучающая законы теплового движения и преобразования видов энергии.

Родоначальником технической термодинамики считают французского инженера Сади Карно, который в 1824 г. опубликовал фундаментальный труд "О движущей силе огня и машинах, способных развивать эту силу".

Термодинамическая система (ТДС) – совокупность тел, выделенных из окружающей среды реальной или воображаемой поверхностью, через которую происходят взаимодействия между системой и окружающей средой.

Различают два вида термодинамического взаимодействия:

1. Тепловое взаимодействие – передача теплоты q от окружающей среды к системе или от системы к окружающей среде осуществляется при наличии разности температур. Теплота, подводимая к системе – положительная; теплота, отдаваемая системой в окружающую среду - отрицательная;

2. Механическое взаимодействие – совершение работы l системой – это положительная работа, при этом объем системы увеличивается; если внешние силы совершают работу над системой и при этом объем системы уменьшается, то работа считается отрицательной.

Рисунок 1.1 – Пример взаимодействий термодинамической системы с окружающей средой

Рабочее тело – газ или пар, с помощью которого осуществляются в системе термодинамические превращения.

Состояние ТДС – совокупность всех ее свойств, которое можно характеризовать рядом параметров.

Равновесное состояние ТДС – состояние, которое не изменяется с течением времени. Из состояния равновесия систему может вывести только внешнее воздействие.

В неравновесных термодинамических системах возникают потоки вещества и потоки энергии, которые стремятся вернуть систему в состояние равновесия с окружающей средой.

Условия равновесия системы с окружающей средой:

• равенство температур - t=const;

• равенство концентраций - c=const;

• равенство давлений - p=const.

Наличие разности температур Δt является условием теплового взаимодействия.