Учебное пособие 800463

18

Давление, соответствующее нормальному атмосферному на уровне моря,

Для измерения давления применяют пьезометры; манометры для измерения избыточного давления; барометры для измерения атмосферного давления; вакуумметры – для измерения вакуума.

Удельный объем – это объем, занимаемый единичной массой вещества

В практических приложениях о массе вещества m судят по его весу. Вес единицы объема вещества называют удельным весом.

где g – ускорение свободного падения, равное 9,78 9,83 м с 2 .

В отличии от плотности удельный вес не является только физикохимической характеристикой вещества, так как зависит от значения g в месте измерения.

1.3.Уравнение состояния газа

Термодинамическое состояние тела однозначно определяется тремя независимыми параметрами: Р, Т, . Это означает, что для каждого вещества сущест-

которая характеризует состояние тела и называется уравнением состояния. Графическое изображение уравнения (1) в координатах р - ; р - Т; - Т называют диаграммами состояния. Для каждого тела диаграмма состояния имеет свой определенный вид.

В термогазодинамике различные термодинамические состояния реальных газов представляют физической моделью – идеальный газ.

(16)

После этого определяется газовая постоянная смеси:

R 8314,3 .

(17)

Парциальные давления определяются по формуле:

б) Если задан массовый состав смеси, то определяется газовая постоянная:

(19)

а после этого находят молекулярную массу:

8314,3 .

R

(20)

Парциальные давления газов определяются по формуле:

Перерасчет газовой смеси из объѐмного состава в массовый и обратно ведется по формулам:

1.5.Теплоемкость – калорический параметр

Теплоемкость-количество теплоты, необходимое для нагрева тела на 1 градус.

Если теплоемкость отнесена к единице массы, то она называется массовой или просто теплоемкостью-с (массовая удельная теплоемкость).

Если теплоемкость отнесена к единице объема, то она называется объемной теплоемкостью С (объемная удельная теплоемкость).

Очевидно, что С=с .

Теплоемкость газовой смеси определяется по формуле:

23

В зависимости от характера процесса подвода тепла, различают изобарную теплоемкость Сp и изохорную Сv . Для идеального газа эти теплоемкости связаны уравнением Майера:

Сp-Сv=R.

Отношение удельных теплоемкостей к=Сp/Сv называют показателем адиабаты.

Массовые с и объемные С удельные теплоемкости связаны с мольной теплоемкостью С (отнесенная к 1 кмолю газа) следующими соотношениями:

Так как теплоемкости газа являются функциями температуры, то истинные

Для средней теплоемкости в пределах температур t1и t2:

где C0t1 иC0t2 -берут из справочников.

1.5.1.Зависимость теплоемкости от температуры.

Средняя теплоемкость.

В общем случае теплоемкость для температуры t :

с с0 аt вt 2 dt3 ...

с0 – теплоемкость при t=0 0 C; а,в,d – постоянные коэффициенты, в, d~0, а поэтому с=с0+аt.

Расход теплоты для одинакового повышения температуры неодинаков – с ростом t надо израсходовать большее количество теплоты для одинакового t .

Найдем расход теплоты для нагрева газа от t1 до

t2.

24

t1, t2 – заданы, а с0t2 , c0t1 - находят по таблицам. Средняя теплоемкость в пределах t1 t2 :

где c0t2 , c0t1 - средние теплоемкости от 0 до t2 и от 0 до t1.

1.6.Модели рабочего тела.

При высоких температурах рабочее тело представляет собой многокомпонентную смесь индивидуальных веществ ПС в газообразном и конденсированном (жидком или твердом) состояниях. Смесь, состоящая только из газов – гомогенная; Смесь из газов и веществ в конденсированном состоянии – гетерогенная.

При высоких температурах возникает термическая диссоциация и ионизация компонентов ПС. При диссоциации за счет увеличения внутренней энергии молекул (вращательной и колебательной) и возбуждения электронов вследствие повышения температуры – происходит преодоление сил притяжения между атомами. Двухатомная молекула распадается на атомы. Трех или многоатомная молекула – на более простые молекулы и атомы. Всѐ это требует затраты части энергии, выделяющейся при химических реакциях и уменьшает температуру рабочего тела.

Процессу разрушения молекул соответствует обратный процесс рекомбинации (восстановления) атомов и осколков молекул. Воссоединение молекул возможно только для осколков с достаточной энергией (эффективные столкновения). Процесс рекомбинации идет с выделением теплоты, равной по количеству поглощенной при диссоциации.

Реакции диссоциации и рекомбинации являются реакциями обратимыми, т.е. идут одновременно в двух направлениях. Если их скорости одинаковы Wпр Wобр , то на-

ступит динамическое равновесие. Химический состав ПС, соответствующий этому состоянию, называют химически равновесным. Состав и свойства ПС в состоянии химического равновесия определяют Т и Р.

С ростом Т увеличивается интенсивность диссоциации. При этом устойчивость различных молекул против диссоциации различна (см. рис.).

nд= число молей, подвергшихся диссоциации - степень исходное число молей

диссоциации.

Моль – (грамм – молекула) – количество однородного вещества, масса которого выражается в граммах, равна его молекулярной массе.

26

Vp V ~ 10 3 , поэтому объемом конденсированных веществ в смеси можно пренеб-

речь. Уравнение состояния газа гетерогенной смеси записывают в том же виде, что и для гомогенной:

p RT .

Если топливо состоит из m химических элементов, то в ПС входит m атомарных и l индивидуальных молекулярных веществ, т.е. всего (m+ l ) веществ. В число l следует включать все вещества, состоящие из m химических элементов, для которых имеется необходимая информация о термодинамических функциях в рассматриваемом диапазоне температур и которые в заметном количестве присутствуют в ПС.

Например, для топлива, содержащего 2 химэлемента От и Нт (m=2) ПС будут содержать 2 атомарных газа О и Н и 4 молекулярных газа Н2, О2, Н2О, ОН ( l =4). Таким образом, ПС содержит 6 компонент (m+ l =2+4=6).

2. Основные законы термодинамики, используемые при изучении внутрикамерных процессов

2.1.Первый закон термодинамики

Первый закон термодинамики (первое начало термодинамики)-выражение закона сохранения и превращения энергии. Количество энергии неизменно, энергия переходит из одной формы в другую (ХЭ→ТЭ→КЭ).

Уравнение первого закона термодинамики выражает количество те изменения, которые вызываются в рабочем теле при подводе к нему некоторого количества энергии.

Энергия –это скалярная величина, являющаяся единой мерой различных форм движения. Виды энергии: механическая, внутренняя, химическая, электромагнитная и т.п.

Работа-это разность энергии в двух состояниях: L=E1-E2. Энергия в состоянии перехода называется теплотой: Q= E

Рассмотрим первый закон термодинамики для частного случая, когда преобразование энергии происходит только в форме теплоты и механической работы. Рабочее тело неподвижное.

Пусть телу массой m подводится количество теплоты dQ. Эта теплота меняет состояние тела (изменяется V иT). При этом изменится внутренняя энергия тела dU (кинетическая энергия молекул и силы взаимодействия между молекулами)