Министерство Российской Федерации

по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям

и ликвидации последствий стихийных бедствий

ФГБОУ ВО Ивановская Пожарно-спасательная академия

ГПС МЧС России

Кафедра физики и теплотехники

Курсовая работа

по дисциплине: «Теплотехника»

Тема: «Термодинамика и теплопередача»

Вариант № 26

Выполнил:

Руководитель:

Дата защиты:

Оценка:

ИВАНОВО 2016

Оглавление

Введение ________________________________________ _____________3

Часть

Теоретический вопрос № 10_________________________ _____________4

Теоретический вопрос № 21__________________________ ____________8

Задача №1(34б)_______________ __________________________________9

Задача №2(34д)_______________ __________________________________10

Задача №3(39в)___________________ ______________________________11

Задача №4(49д)_________________________ ________________________13

Часть 2

Теоретический вопрос № 10 ________ ________________ ______________14

Теоретический вопрос № 20 ________ ______________ ______________ _16

Задача №1(22б)____________ _____________ ________________________21

Задача №2(29б) ___ ________________________ ______________________22

Задача №3(37б) _______________________ __________________________23

Задача №4(44б) __________________________________ _______________24

Заключение_________________________________ ____________________25

Список рекомендуемой литературы ____________________ ____________26

Введение

Теплотехника – наука, которая изучает методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а также принципы действия и конструктивные особенности тепловых машин, аппаратов и устройств. Теплота используется во всех областях деятельности человека. Для установления наиболее рациональных способов его использования, анализа экономичности рабочих процессов тепловых установок и создания новых, наиболее совершенных типов тепловых агрегатов необходима разработка теоретических основ теплотехники.Теплотехника является общетехнической дисциплиной, которая занимает одно из центральных мест в инженерной подготовке специалистов. Законы тепло- и массообмена в практике пожарного дела используются при научных исследованиях, связанных с оценкой пожаро- и взрывобезопасных параметров процессов нагрева, сушки, при определении огнестойкости строительных конструкций, пожароопасных свойств горючих материалов, эффективности огнетушащих средств и особенно при оценке основных факторов пожара внутри зданий – температуры и газообмена. Курсовая работа выполняется в целях более глубокого изучения

дисциплины «Теплотехника».

Актуальность работы состоит в том, что сегодня практически любая область инженерной мысли и деятельности во многом связана с проблемами энергосбережения, разработкой, внедрением и эксплуатацией ресурсосберегающих технологии, с вопросами трансформацией и передачи энергии. Также эта дисциплина интересна и для сотрудников Государственной Противопожарной Службы тем, чтобы рассматривает процессы горения, передачи тепла в различных условиях с последующим расчетом действии личного состава в чрезвычайной ситуации.

Часть 1 Теоретический вопрос № 10

Теплоемкость– это количество теплоты, которое необходимо сообщить системе для увеличения ее температуры на 1˚С (К) при отсутствии полезной работы и постоянстве соответствующих параметров. Теплоёмкость тела (обычно обозначается латинской буквой C) — физическая величина, определяемая отношением бесконечно малого количества теплоты Q, полученного телом, к соответствующему приращению его температуры Т:

(1)

Единица измерения теплоёмкости в Международной системе единиц (СИ) — Дж/К.

Существует несколько теорий теплоёмкости твердого тела:

Удельная теплоемкость. Массовая удельная теплоёмкость (С), также называемая просто удельной теплоёмкостью (уде́льная теплоёмкость — отношение теплоёмкости к массе, теплоёмкость единичной массы вещества (разная для различных веществ) физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать единичной массе данного вещества для того, чтобы его температура изменилась на единицу.

В Международной системе единиц (СИ) удельная теплоёмкость измеряется в джоулях на килограмм на кельвин, Дж/(кг·К). Иногда используются и внесистемные единицы: калория/(кг·К) и т.д. Формула расчёта удельной теплоёмкости:

,где c — удельная теплоёмкость, Q — количество теплоты, полученное веществом при нагреве (или выделившееся при охлаждении), m — масса нагреваемого (охлаждающегося) вещества, ΔT — разность конечной и начальной температур вещества. Удельная теплоёмкость может зависеть (и в принципе, строго говоря, всегда - более или менее сильно - зависит) от температуры, поэтому более корректной является следующая формула:

(3)

Также используется формула : .

Молярная теплоемкость (Молярная теплоёмкость — отношение теплоёмкости к количеству вещества, теплоёмкость одного моль вещества) - это физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать одному молю (данного) вещества для того, чтобы его температура изменилась на единицу, или — произведение удельной теплоемкости элемента на его атомную массу дает количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 моля этого элемента на 1°С (или, что равнозначно, на 1 К).

В Международной системе единиц (СИ) молярная теплоёмкость измеряется в джоулях на моль на кельвин, Дж/(моль·К). Иногда используются и производные единицы, как Дж/(кмоль·К), или внесистемные единицы: калория/(кг·К) и т.д.

Молярная теплоёмкость обычно обозначается или , иногда без индекса или с другим индексом.

Формула расчёта молярной теплоёмкости:

(4)

где c — молярная теплоёмкость, Q — количество теплоты, полученное веществом при нагреве (или выделившееся при охлаждении), ν — количество вещества в нагреваемом (охлаждающемся) образце, ΔT — разность конечной и начальной температур. Удельная теплоёмкость может зависеть (и в принципе, строго говоря, всегда - более или менее сильно - зависит) от температуры, поэтому более корректной является следующая формула :

(5)

Также используется формула : .

Объемная теплоемкость. Объёмная теплоёмкость характеризует способность данного объёма данного конкретного вещества увеличивать свою внутреннюю энергию при изменении температуры вещества (подразумевая отсутствие фазового перехода). Равна отношению теплоёмкости данного образца вещества к его объему:

c' = C / V (6)

или .

Объёмная теплоёмкость отличается от удельной теплоёмкости, которая характеризует способность единицы массы данного вещества увеличивать свою внутреннюю энергию при изменении температуры. Можно преобразовать удельную теплоёмкость в объёмную путём умножения удельной теплоёмкости на плотность вещества :

(7)

При незначительных изменениях температуры газа теплоёмкость его можно считать постоянной и для расчетов можно пользоваться всеми приведенными выше уравнениями формулами. Теплоемкость является функцией параметров состояния – давления и температуры, поэтому в технической термодинамике различают истинную и среднюю теплоемкости. Если температура газа изменяется на большую величину , то теплоемкость газа нельзя считать постоянной, так как она увеличивается с повышением температуры. Истинное значение теплоемкости при температуре T определяют по отношению :

(8)

Истинной теплоемкостью называется отношение бесконечно малого количества теплоты к бесконечно малому изменению температуры. Полное количество теплоты в каком-либо процессе определяют через истинную теплоемкость интегрированием.

Определение истинной теплоемкости.(рис. 1)

Средней теплоемкостью называется отношение полного количества теплоты в термодинамическом процессе к полному изменению температуры:

(9)

Значение средней теплоемкости не соответствует какой-либо температуре, оно относитcя к интервалу температур от до , поэтому и отмечено символом . Таким способом можно определить любую теплоемкость- удельную (массовую ), молярную, объёмную. Количество теплоты определяют через среднюю теплоемкость по формуле:

(10)

Измерения истинной теплоемкости при высоких температурах в настоящее время проводят чаще, чем измерения средних теплоемкостей. Обычно для определения истинной теплоемкости при высоких температурах используют адиабатические калориметры-контейнеры, пр. Конструктивные отличия, однако, весьма существенны, поскольку при высоких температурах очень серьезное значение приобретает проблема теплоизоляции калориметра и электроизоляции подводящих проводов. Эти затруднения быстро возрастают при повышении температуры, и в основном именно они ограничивают возможность расширения рабочего интервала таких калориметров Б сторону высоких температур. Верхний предел использования адиабатических калориметров-контейнеров с периодическим вводом теплоты сравнительно невысок ( 1000 - 1100 С), но получаемые результаты более надежны, чем результаты, полученные другими методами определения истинных теплоемкостей при высоких температурах.

Для определения теплоемкости газовой смеси необходимо знать состав смеси и теплоемкость каждого компонента. Теплоемкости различных газов берт из таблиц или вычисляют по формулам , указанным выше. Состав смеси должен быть задан массовыми или объёмными долями в зависимости от того, какую теплоемкостей требуется вычислить. Формулы для определения теплоёмкости смеси получают из уравнения теплового баланса , в котором учитывается , что на нагревание смеси тратится теплоты столько , сколько в сумме расходуется на нагревание каждого газа , составляющего смесь :

(11)

 Расчет теплоёмкости газовой смеси выполняют на основе данных о составе смеси и теплоёмкости каждого компонента. Массовая, объемная и мольная теплоемкости смеси рассчитываются через соответствующие доли:

 

- массовая теплоемкость

; (12)

- объемная теплоемкость

; (13)

- мольная теплоемкость

(14)

Этими формулами пользуются при определении истинных и средних теплоемкостей смеси.