МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

АКАДЕМИЯ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

Институт профессионального образования

Кафедра № 50 «Эксплуатация летательных аппаратов, авиационных двигателей и энергетических установок»

КОНСПЕКТ

по дисциплине

«Термодинамика и ТАД»

Для студентов специальности «Авиационная техника и технология»

специализация: 02 «Авиационные двигатели и энергетические установки»

специализация: 03 «Техническая эксплуатация летательных аппаратов и двигателей»

Алматы, 2005

Составитель: Ш. Кошанова

Учебное пособие предназначено для студентов специальности «Авиационная техника и технология». Алматы: Академия гражданской авиации, 2005.65с

Учебное пособие составлены в соответствии с требованиями квалификационной характеристики специалистов и Государственных стандартов. Они направляют студентов на самостоятельную активацию учебного процесса и включают в себя обоснование изучения темы.

Рецензент: И.Е. Поданев, кандидат технических наук, доцент.

Печатается по решению Научно-методического совета Академии (протокол №____от «_____»________________200__г.)

Лекция № 1 «Введение»

Термодинамика изучает главным образом свойства физических систем, находящихся в равновесном состоянии. При изменении внешних условий параметры, характеризующие состояние системы, будет изменяться. Последовательность состояний, через которые происходит в этом случае система, называется термодинамическим процессом.

Термодинамика – наука, изучающая закономерности теплового движения и влияние этого движения на свойства физических тел. (Термо- тепло, динамика - сила).

Термодинамика возникла в результате изучения превращения теплоты в работу в паровых машинах и других тепловых двигателях.

Тепловыми двигателями называются машины, в которых тепловая энергия преобразуется в механическую работу или кинетическую энергию газовой струи. К тепловым относятся паровые, реактивные, атомные и другие двигатели.

Подводя тепло к газу, тем самым увеличиваются и запас энергии в нем, в результате чего возрастает давление газа или скорость его движения.

Во всех тепловых двигателях имеют место следующие самостоятельные процесс:

- подвод тепла к рабочему телу – газу;

- преобразование выделенного тепла в механическую работу или кинетическую энергию.

Зависимости от характера осуществления этих процессов различают два вида тепловых двигателей:

- двигатели внешнего сгорания:

- двигатели внутреннего сгорания.

Термодинамика дает теоретические основы двигателей внутреннего сгорания, компрессоров и газовых, реактивных двигателей и некоторых разделов теплотехники.

Основным задачами термодинамики являются:

- изучение физических свойств газов и их смесей, а также паров жидкостей;

- изучение взаимного преобразования различных видов энергии в процессах, протекающих в газах и парах жидкостей;

- определение наивыгоднейших условий преобразования энергии в механическую работу или кинетическую энергию.

Таким образом, термодинамика изучает законы преобразования тепловой энергии в механическую и изыскивает наивыгоднейшие условия для этого преобразования.

Термодинамические процессы протекают при участии тепла. Для определения количества тепла, участвующего в процессе, необходимо знать теплоемкость газа.

Теплоемкость характеризует способность газа поглощать или отдавать тепло при нагревании или охлаждении.

К процессом, протекающие в тепловых двигателях относятся:

- изохорический при V = const;

- изобарический при P = const;

- изотермический при T = const;

- адиабатический при q = const.

Лекция № 2 «Основные газовые законы»

Основные законы термодинамики являются первый и второй законы термодинамики, которые часто называют началами термодинамики.

Первый закон термодинамики, представляет собой приложение к тепловым явлениям всеобщего закона природы – закона превращения и сохранения энергии и устанавливает количественные соотношения при превращении тепловой энергии в механическую работу и наоборот.

Второй закон термодинамики, определяет условия, обеспечивающие возможность протекания различных процессов преобразования теплоты в механическую работу и устанавливает максимальную величину работы, которая может быть получена на тепловой энергии при данных условиях.

Для изучения возможности преобразования тепла в механическую работу и управления этими процессами необходимо знать свойства рабочего тела – газа:

1) большая сжимаемость, так как расстояния между молекулами в десятки раз превышают размеры самих молекул;

2) большая расширяемость, так как незначительные силы сцепления между молекулами позволяют им удаляться друг от друга на большие расстояния;

3) газы не способны сохранять свою форму, они занимают весь представленный объем и оказывают одинаковое воздействие на все стенки сосуда, в который они заключены.

При взаимных преобразованиях теплоты и работы рабочее тело – газ изменяет свое состояния.

Физические величины, характеризующие состояние газа, называются параметрами состояния газа.

В термодинамике в качестве параметров состояния газа выбраны:

- удельный объем;

- температура;

- давление.

Уравнение состояния для идеального газа, впервые полученное Клапейроном на основании законов Бойля – Мариотта и Гей – Люссака, имеет вид

Обозначения const через R , получаем окончательно

или

Газовая R постоянная зависит только от природы газа. Уравнение составлено для 1 кг газа, для m кг оно будет иметь следующий вид:

где m – масса газа; V - полный объем газа.

Термодинамике процессы в большинстве своем протекают при участии тепла. Для определение количества тепла, участвующего в процессе, необходимо знать теплоемкость.

Средней теплоемкостью называется отношение количества теплоты, сообщаемой телу в процессе, к изменению температуры при условии, что разность температур является конечной величиной.

Если разность температур , то для такого процесса изменения состояния тела

Это величина называется истинной теплоемкостью.