Міністерство освіти і науки України
Запорізька державна інженерна академія
В.І. БАХТІН
ТЕХНІЧНА ТЕРМОДИНАМИКА
Конспект лекцій
для студентів ЗДІА
спеціальності 7.090510 „Теплоенергетика”
Запоріжжя
2005
Міністерство освіти і науки України
Запорізька державна інженерна академія
ТЕХНІЧНА ТЕРМОДИНАМІКА
Конспект лекцій по курсу „Технічна термодинаміка”
для студентів ЗДІА
спеціальності 7.090510 “Теплоенергетика”
Рекомендовано до видання
на засіданні кафедри ТЕ,
протокол № від 2005 р.
Технічна термодинаміка. Конспект лекцій по курсу: „Технічна термодинаміка” для студентів ЗДІА спеціальності 7.090510 “Теплоенергетика” /Укл.: Бахтін В.І. – Запоріжжя, 2005. – 128 с.
Конспект лекцій призначений для студентів спеціальності “Теплоенергетика”, по курсу “Технічна термодинаміка”. Конспект лекцій містить теоретичні основи спеціальності, базові теми для обговорення, список рекомендованої літератури.
Укладачі: В.І. Бахтін, доцент
Відповідальний за випуск : зав. кафедрою ТЕ
доцент І.Г. Яковлєва
Зміст|вміст,утримання|
Введення|вступ|..................................................................................................................................6
1. Лекція 1................................................................................................................................7
1.1. Технічна термодинаміка як теоретична основа теплоенергетики............................7
1.2. Предмет технічної термодинаміки і її методи............................................................7
1.3. Термодинамічна система. Робоче тіло. Зовнішнє середовище...............................7
1.4. Термодинамічні параметри стану................................................................................8
1.4.1. Термічні параметри стану.................................................................................8
1.4.2. Термічні коефіцієнти.........................................................................................9
1.5. Рівноважний і нерівноважний стан термодинамічної системи...................................
Рівняння стану.............................................................................................................10
1.6. Термодинамічний процес. Рівноважний і нерівноважний необоротний...................
процеси. Кругові процеси (цикли).............................................................................10
2. Лекція 2...............................................................................................................................12
2.1. Теплота і робота як форми передачі енергії........................................................12
2.2. Термодинаміка ідеального газу................................................................................12
2.3. Основні закони ідеальних газів...............................................................................12
2.4. Рівняння стану ідеального газу. Універсальна газова постійна..........................13
2.5. Суміші ідеальних газів. Закон Дальтону...............................................................14
2.6. Способи завдання| складу суміші............................................................................14
2.7. Теплоємність. Масова, об'ємна і молярна теплоємності. Теплоємність................
|при постійних об'ємі і тиску..........................................................................................15
3. Лекція 3...............................................................................................................................17
3.1. Внутрішня енергія як функція стану робочого тіла................................................17
3.2. Робота розширення. p,v– діаграма..............................................................................18
3.3. Ентальпія робочого тіла як функція стану................................................................18
3.4. Аналітичний вираз|вираження| 1-го закону ТТД|..........................................................................19
3.5. Ентропія як параметр стану термодинамічної системи...........................................20
3.6. Теплова T, S – діаграма...............................................................................................21
3.7. Рівняння Майєра..........................................................................................................21
4. Лекція 4...............................................................................................................................23
4.1. Основні термодинамічні процеси ідеальних газів....................................................23
4.2. Політропний процес....................................................................................................23
4.3. Ізохорний процес.........................................................................................................25
4.4. Ізобарний процес.........................................................................................................25
4.5. Ізотермічний процес....................................................................................................26
4.6. Адиабатний| процес.....................................................................................................27
4.7. Аналіз узагальнювального значення політропного процесу...................................28
5. Лекція 5...............................................................................................................................31
5.1. Суть|сутність,єство| 2-го закону ТТД|.................................................................................................31
5.2. Термічний ККД| і холодильний коефіцієнт циклів...................................................32
5.3. Прямий і зворотний цикли Карно..............................................................................33
5.4. Регенертівний узагальнений цикл Карно..................................................................35
6. Лекція 6...............................................................................................................................37
6.1. Математичний вираз|вираження| другого закону ТТД|................................................................37
6.2. Об'єднані|з'єднані| рівняння 1-го і II-го законів термодинаміки............................................38
6.3. Зміна ентропії в необоротних|незворотних,безповоротних| термодинамічних процесах изолиро-|
ванних систем...............................................................................................................38
7. Лекція 7...............................................................................................................................40
7.1. Виробництво роботи. Корисна робота. Максимальна робота. Максималь-
на| корисна робота........................................................................................................40
7.2. Поняття про ексергію. Рівняння Гюї-Стодоли.........................................................42
8. Лекція 9...............................................................................................................................44
9.1. Термодинамічні процеси в реальних газах і парах...................................................44
9.2. Рівняння стану реального газу або рівняння Ван-дер-Ваальса...............................44
9.3. Приведене рівняння Ван-дер-Ваальса. Закон відповідних станів..............................
Критичні параметри речовини...................................................................................44
9.4. p, T – діаграма при фазових переходах рідини і газу..............................................47
9. Лекція 10.............................................................................................................................49
10.1. Гомогенні і гетерогенні термодинамічні системи..................................................49
10.2. Умови рівноваги при фазовому переході. Правило фаз Гіббса............................49
10.3. Паротворення|пароутворення| і конденсація.....................................................................................51
10.4. р, v– діаграма водяної пари.......................................................................................52
10. Лекція 11...........................................................................................................................54
11.1. Основні параметри води і водяної пари..................................................................54
11.2. T, S – діаграма водяної пари.....................................................................................57
11.3. h, s – діаграма водяної пари......................................................................................58
11. Лекція 12...........................................................................................................................60
12.1. Основні термодинамічні процеси водяної пари.....................................................60
12.2. Основні характеристики вологого|вогкого| повітря..............................................................63
12. Лекція 14...........................................................................................................................66
14.1. Рівняння першого закону термодинаміки для потоку...........................................66
14.2. Сопла і дифузори.......................................................................................................68
14.3. Витікання|виділення,витікання| з|із| звужуючогося сопла...........................................................................69
13. Лекція 15...........................................................................................................................71
15.1. Витрата газу при витіканні|виділенні,витіканні| із|із| звужуючогося сопла...............................................71
15.2. Максимальна витрата газу через звужующеєся.сопло...........................................72
15.3. Максимальна швидкість витікання..........................................................................72
15.4. Критична швидкість витікання..|виділення,витікання|...............................................................................72
15.5. Аналіз профілю каналу сопла...................................................................................73
14. Лекція 16...........................................................................................................................74
16.1. Дроселювання газів і пари........................................................................................74
16.2. Диференціальний дросельний ефект.......................................................................75
15. Лекція 19...........................................................................................................................77
19.1. Термодинамічний аналіз процесів в компресорах.................................................77
19.2. Пристрій|устрій| і принцип роботи поршневих компресорів............................................77
19.3. Термодинамічний аналіз ідеального компресора...................................................78
19.4. Вплив характеру|вдачі| процесу стиснення|стискування| на величину роботи, що витрачається на
привід компресора.....................................................................................................79
16. Лекція 20...........................................................................................................................81
20.1. Дійсна (реальна) індикаторна діаграма компресора..............................................81
20.2. Багатоступінчатий|багатоступінчастий| компресор..................................................................................82
17. Лекція 21...........................................................................................................................85
21.1. Класифікація ДВЗ.|.....................................................................................................85
21.2. Круговий процес ДВЗ|................................................................................................85
21.3. Пристрій|устрій| і принцип дії ДВЗ.|.....................................................................................86
21.4. Дійсний і ідеальний цикл з|із| підведенням теплоти при постійному..........................
об'ємі|обсязі|. Цикл Отто.......................................................................................................87
18. Лекція 22...........................................................................................................................90
22.1. Цикли ДВЗ| з|із| підведенням теплоти при постійному тиску|тисненні|. Цикл Дизеля............90
22.2. Цикли ДВЗ із|із| змішаним підведенням теплоти. Цикл Тринклера.........................91
19. Лекція 25...........................................................................................................................94
25.1. Цикли газотурбінних установок (ГТУ|)..................................................94
25.2. Ідеальний цикл ГТУ| з|із| підведенням теплоти при p = const...................................94
25.3. Реальні цикли ГТУ|.....................................................................................................95
25.4. Цикл ГТУ| з|із| підведенням теплоти при p = const і регенерацією...........................97
25.5. Цикл ГТУ| при p = const з|із| ізотермічним стисненням|стискуванням| повітря у компресорі.........98 20. Лекція 26.........................................................................................................................100
26.1. Цикл ГТУ| із|із| згоранням|згорянням| при р = const, з|із| регенерацією теплоти і ізотерміч-............|
ним| стисненням|стискуванням| повітря..........................................................................................100
26.2. Цикл ГТУ| з|із| підведенням теплоти при v = const ...................................................101
26.3. Порівняння циклів ГТУ|...........................................................................................103
21. Лекція 27.........................................................................................................................104
27.1. Принципова схема паросилової установки..........................................................104
27.2. Паровий цикл Карно................................................................................................104
27.3. Теоретичний цикл ПТУ| (цикл Ренкина)................................................................106
22. Лекція 28.........................................................................................................................109
28.1. Цикл Ренкина з|із| перегрітою парою.........................................................................109
28.2. Вплив параметрів пари на величину термічного ККД циклу Ренкина............110
28.3. Цикл з|із| проміжним перегрівом пари......................................................................111
23. Лекція 29.........................................................................................................................113
29.1. Цикли холодильних установок і термотрансформаторів.|....................................113
29.2. Цикл повітряної холодильної установки...............................................................114
24. Лекція 30.........................................................................................................................117
30.1. Цикл парокомпресорной| холодильної установки................................................117
30.2. Абсорбційні холодильні машини...........................................................................118
Список використаної літератури.........................................................................................121
Введення|вступ|
Конспект курсу лекцій з «Технічної термодинаміки» написаний для студентів ЗДІА| за фахом: 7.090510 «Теплоенергетика».
В учбовій літературі відома велика кількість підручників|посібників| по курсу «Технічна термодинаміка». У зв'язку з цим виникають певні труднощі при рекомендації підручників|посібників|, а тим більше складнощі самостійної підготовки студентів, оскільки в підручниках|посібниках| не однаково| пропрацювано і викладено аспекти перетворення теплоти в роботу, особливо, що стосується специфічних особливостей професії. Це пояснюється багатогранністю цих процесів в задоволенні насущних питань технологій в галузях промисловостей|, які є|з'являються,являються| споживачами закономірностей термодинаміки.
Проте|тим не менше|, як відомо, «Технічна термодинаміка» є|з'являється,являється| теоретичною| основою теплоенергетики, тому вибірки з|із| підручників|посібників|, найбільш наближені до спеціальності «Теплоенергетика» представляються доцільними, з погляду допомоги студентам теплоенергетикам| в оволодінні теоретичними основами своєї професії.
Метою|ціллю| написання конспекту лекцій є|з'являється,являється| систематизація і цілеспрямованість самостійної роботи студентів, поглиблення теоретичних знань по дисципліні, яка є|з'являється,являється| однією з основоположних в підготовці фахівців|спеціалістів| теплоенергетиків|.
Матеріал запропонований в конспекті курсу лекцій з «Технічної термодинаміки» відповідає учбовим планам Міністерства освіти і науки України по підготовці фахівців|спеціалістів| даного профілю.
У конспекті лекцій з курсу «Технічна термодинаміка» увесь текстовий матеріал, рівняння, формули, висновки|виведення| і визначення повністю взяті з|із| підручників|посібників| по курсу «Технічна термодинаміка», представлених|уявлених| у списку використаної літератури і не є|з'являються,являються| авторськими.
Автор конспекту лекцій виражає|виказує,висловлює| подяку|вдячність| студентам ЗДІА| Пашко О. гр. ТЕ-02/2д|, Чулакову А. гр. ТЕ-03/1д| і Польченко А. гр. ТЕ-03/1д| за допомогу, надану|зроблену,виявлену,чинену| ними при оформленні конспекту лекцій.
ТЕХНІЧНА ТЕРМОДИНАМІКА
ЛЕКЦИЯ 1
1. Основні поняття і визначення технічної термодинаміки
1.1 Технічна термодинаміка як теоретична основа теплоенергетики
Найбільш актуальні завдання, які вирішують з використанням термодинаміки: створення літальних апаратів, у тому числі космічних багаторазової дії; проектування теплових і атомних електричних станцій, магнітогідродинамічних генераторів (установок для прямого перетворення теплоти в електричну енергію), розрахунок и пректування усіх без винятку теплових двигунів – парових та газових турбин, реактивних і ракетних двигунів, двигунів внутрішнього згоряння, компресорів, сушильних, випарювальних установок, а також холодильних установок помірного холоду, холодильних установок глибокого холоду, наприклад, для одержання рідких кисню, азоту, водню, гелію й інших газів; проектування машин і розробка технологічних процесів у харчовій, хімічній і інших галузях промисловості. У перерахованих завданнях термодинамічні процеси грають важливу, а іноді і визначальну роль при виборі конструкції.