1) Нарушение симметрии системы – при образовании ячеек Бенара

жидкость становится неоднородной, ее симметрия понижается;

118

2) Бистабильность – в организованной системе возможно несколько

устойчивых стационарных состояний (в ячейках Бенара – с левым или

правым вращением потока жидкости), причем выбор между ними происхо-

дит случайным образом.

Зависимость стационарных свойств системы от управляющих пара-

метров называют бифуркационной диаграммой. Типичная бифуркационная

диаграмма представлена на рис. 7.3.

При χ < χк существует единственное устойчивое стационарное состо-

яние. Эту область изменения х называют термодинамической ветвью. При

переходе через критическое значение χк происходит бифуркация – устой-

чивое стационарное состояние становится неустойчивым (показано пункти-

ром) и образуются еще два устойчивых стационарных состояния (бистабиль-

ность). К какому из этих двух состояний перейдет система из неустойчивого

состояния, определяется случайными флуктуациями.

Дальнейшее увеличение разности температур в эксперименте Бенара

приведет к разрушению ячеек и возникновению турбулентности, когда

свойства потока жидкости станут хаотическими. Таким образом, по мере

отклонения от равновесия жидкость проходит через ряд последовательных

режимов:

Эта последовательность является довольно общей для многих видов

систем _ физических, химических, биологических и социальных.

119

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Теплотехника металлургического производства. Т.1. Теоретические

основы: Учеб. пособие для вузов/ В.А. Кривандин, В.А.Арутюнов, С.А.

Белоусов и др. М.: ｫМИСИСｻ, 2002. 608 с.

2. Теплотехника/В.Н. Луканин, М.Г. Шатров, Г.М. Камфер и др.;

Под ред. В.Н. Луканина. М.: Высш. шк., 2000. 671 с.

3. Процессы __________и аппараты химической технологии: учеб. пособие для вузов/

(А.А. Захарова, Л.Т. Бахшиева, Б.П. Кондауров и др.) – М: Изд. центр

ｫАкадемияｻ, 2006. – 528 с.

4. Основы физической химии: учеб. пособие для вузов/ В.В. Еремин, С.И.

Каргов, И.А. Успенская, Н.Е. Кузьменко, В.В. Лунин – М: Изд.

ｫЭкзаменｻ, 2005. – 480 с.

5. Юркинский В.П., Сладков И.Б., Зайцев В.А. Теплотехника.

Тепломассоперенос. СПб: Изд. СПбГПУ, 2007. – 294 с.

6. Теплотехника/А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт и др.; Под ред. А.П.

Баскакова. М.: Энергоиздат, 1991. 224 с.

7. Теплотехника/А.М. Архаров, С.Н. Исаев, И.А. Кожинов и др.;

Под ред. В.И. Крутова. М.: Машиностроение, 1986. 419 с.

8. Чечеткин А.В., Занемонец Н.А. Теплотехника. М.: Высш. шк.,

1986. 344 с.

9. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.:

Высш. школа., 1980. 496 с.

120

О Г Л А В Л Е Н И Е

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………3

1. ЗАКОНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ ДЛЯ ЗАКРЫТЫХ И ОТКРЫТЫХ

СИСТЕМ……………………………………………………………………………4

1.1. Основные понятия и определения……………………………........4

1.1.1. Термодинамическая система…………………………….4

1.1.2. Параметры состояния. …………………………………...5

1.1.3. Уравнение состояния и термодинамический процесс....6

1.1.4. Внутренняя энергия, теплота и работа………………….7

1.1.5. Первый закон термодинамики…………………………...8

1.1.6. Второй закон термодинамики…………………………..10

2. ТЕРМОДИНАМИКА РАБОЧЕГО ТЕЛА……………………………………….13

2.1. Термодинамические процессы идеального газа………………….13

2.2. Термодинамические процессы реального газа………………… 19

2.3. Термодинамика водяного пара…………………………………… 22

2.3.1. Основные понятия в термодинамике водяного пара…..22

2.3.2. Основные термодинамические процессы водяного

пара………………………………………………………………25

2.4. Первый закон термодинамики для открытых систем…………….27

3. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ В ОТКРЫТЫХ СИСТЕМАХ: СОПЛА,

ДИФФУЗОРЫ, ЭЖЕКТОРЫ И КОМПРЕССОРЫ……………………………..29

3.1. Сопла и диффузоры………………………………………………...29

3.1.1. Скорость и массовый расход газа в соплах ……………30

3.1.2. Диффузоры……………………………………………….33

3.1.3. Торможение и дросселирование газов………………….34

2.3. Эжектирование газов…………………………………….37

3.2. Компрессоры………………………………………………………..39

4. АНАЛИЗ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ И

ТЕПЛОИСПОЛЬЗУЮЩИХ УСТАНОВОК…………………………………….42

4.1. Способы нагревания и охлаждения……………………………….42

4.1.1. Способы нагревания и нагревающие агенты…………..42

4.1.2. Способы охлаждения и охлаждающие агенты………....47

4.2. Теплогенерация сжиганием органического топлива…………….48

4.2.1. Топливо и его классификация…………………………..48

4.2.2. Основы теории горения………………………………….50

4.2.3. Типы топочных устройств……………………………....58

4.2.4. Парогенераторы………………………………………….63

4.3. Теплообменные аппараты…………………………………………._______64

4.3.1. Характеристика теплообменных аппаратов……………64

121

4.3.2. Классификация теплообменных аппаратов………………..64

4.3.3. Рекуперативные теплообменники (рекуператоры)………..66

4.3.4. Регенеративные теплообменники (регенераторы)………...71

4.3.5. Смесительные теплообменники…………………………....72

4.3.6. Теплообменные устройства для утилизации сбросной

теплоты………………………………………………………73

4.4. Тепловой расчет теплообменных аппаратов……………………….75

5. ЦИКЛИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОТЫ В

РАБОТУ………………………………………………………………………….77

5.1. Прямые и обратные круговые термодинамические процессы…….77

5.2. Цикл Карно……………………………………………………………81

6. ТЕПЛОВЫЕ УСТАНОВКИ, ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ И ТЕПЛОВЫЕ

НАСОСЫ…………………………………………………………………………...84

6.1. Теоретические циклы двигателей внутреннего сгорания………….85

6.2. Теоретические циклы газотурбинных установок…………………..91

6.3. Цикл паротурбинной установки……………………………………..95

6.4. Холодильные машины и тепловые насосы…………………………98

6.4.1. Основные понятия о работе холодильных становок……..98

6.4.2. Циклы холодильных установок…………………………..100

6.4.3. Цикл теплового насоса……………………………………106

7. ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ НЕРАВНОВЕСНЫХ ПРОЦЕССОВ……….107

7. 1. Линейная неравновесная термодинамика…………………………….107

7.2. Сильно неравновесные системы……………………………………….113

8. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………………………………………_______118

122

Контрольные вопросы по курсу

«Техническая термодинамика»

1. Термодинамическая система (основные понятия и определения).

2. Внутренняя энергия, теплота и работа (понятия и определения).

3. Первый закон термодинамики (формулировка и уравнение).

4. Теплоемкость (формулировка и уравнение Майера).

5. Второй закон термодинамики (формулировка и уравнение).

6. Диаграммы р _ v и Т _ s (пояснить).

7. Уравнение состояния идеального газа (пояснить).

8. Изохорный процесс (уравнение, диаграммы р _ v и Т _ s).

9. Изобарный процесс (уравнение, диаграммы р _ v и Т _ s).

10.Изотермический процесс (уравнение, диаграммы р _ v и Т _ s).

11.Адиабатный процесс (уравнение, диаграммы р _ v и Т _ s).

12.Политропный процесс (уравнение, диаграмма р _ v).

13.Классификация политропных процессов (пояснить).

14.Уравнение Ван-дер-Ваальса и анализ его изотерм.

15.Термодинамика водяного пара (анализ диаграммы р _ v).

16.Первый закон термодинамики для потока газа (формулировка и

уравнение).

17. Сопла и диффузоры (пояснить).

18.Скорость газового потока на выходе из сопла (уравнение).

19.Массовый секундный расход газа m (кг/с).

20.Графический анализ зависимости m = f (β).

21.Критическая __________скорость газа на выходе из сопла (уравнение, анализ).

22.Сопло Лаваля (вид сопла, пояснить).

23.Торможение (график, уравнение, анализ).

24.Дросселирование газов (график, уравнение, анализ).

25.Эжектирование газов (вид эжектора, пояснить).

26.Компрессор (вид компрессора, пояснить его работу).

27.Количественная оценка работы компрессора (уравнение, анализ).

28. Способы нагревания газов и жидкостей (перечислить, пояснить).

29.Способы охлаждения газов и жидкостей (перечислить, пояснить).

30.Классификация органического топлива (перечислить, пояснить).

31.Состав твердого и жидкого топлива (уравнение, анализ).

32.Состав газообразного топлива (уравнение, анализ).

33.Высшая и низшая теплоты сгорания топлива (уравнение, анализ).

34.Понятие условного топлива, коэффициентов калорийного и

теплоплотности.

35. Особенности горения газообразного топлива (стадии процесса,

температура воспламенения, оценка времени горения).

36. Ламинарный и турбулентный режим горения газа (оценка скорости

горения).

123

37.Особенности горения жидкого топлива (пояснить).

38. Особенности горения твердого топлива (пояснить).

39. Типы топочных устройств (перечислить, пояснить).

40.Парогенератор (пояснить его работу).

41.Классификация теплообменных аппаратов (перечислить, пояснить).

42.Рекуперативные теплообменники (перечислить, пояснить).

43.Регенератор (пояснить его работу).

44.Смесительные теплообменники (перечислить, пояснить).

45.Тепловые трубы (пояснить ее работу).

46. Понятие прямого кругового цикла, его КПД.

47. Понятие обратного кругового цикла и холодильный коэффициент.

48. Цикл Карно (диаграммы р _ v и Т _ s, его КПД).

49.Обратный цикл Карно (диаграммы р _ v и Т _ s, его КПД).

50. Двигатели внутреннего сгорания (схема, принцип работы).

51. Двигатели внутреннего сгорания, цикл Отто.

52.Двигатели внутреннего сгорания, цикл Дизеля.

53. Схема и цикл воздушной холодильной установки.__