БИЛЕТ 6

1) Второй и третий законы термодинамики. Теорема Нернста. Идеальная тепловая машина.

Второе начало термодинамики

Нельзя перенести теплоту с более низкого на более высокий температурный уровень, не совершив внешней работы.

Третье начало термодинамики (закон Нернста)

Связывает понятия нуля энтропии с абсолютным нулём температуры.

Общеупотребимые термодинамические функции, такие как внутренняя энергия, энтальпия, энергия Гиббса и Гельмгольца являются не абсолютными величинами, а относительными.

Их абсолютная величина в разных справочных диаграммах и таблицах могут быть различны, но разность этих величин для фиксированных параметров везде одинаковы.

Теорема Нернста позволяет абсолютизировать величину энтропии в отличии от других функций состояния. Формулировка третьего закона термодинамики может быть следующей: энтропия любой равновесной системы по мере приближения температуры к абсолютному нулю перестаёт зависеть от каких-либо параметров и стремиться к определённому пределу.

ИДЕАЛЬНАЯ ТМ

Цикл Карно в координатах T—S

Пусть тепловая машина состоит из нагревателя с

температурой , холодильника с температурой и рабочего тела. Цикл Карно состоит из четырёх

обратимых стадий, две из которых осуществляются при постоянной температуре (изотермически), а

две — при постоянной энтропии (адиабатически). Поэтому цикл Карно удобно представить в

координатах T (температура) и S (энтропия).

1.Изотермическое расширение (на рис. 1 — процесс A→Б).

2.Адиабатическое расширение (на рис. 1 — процесс Б→В).

3.Изотермическое сжатие (на рис. 1 — процесс В→Г).

4.Адиабатическое сжатие (на рис. 1 — процесс Г→А).

2) Водород и его свойства. Орто-пара конверсия водорода. Области

применения водорода в науке и техники. Особенности ожижения.

Получение:из природного газаилиВодпопутныхрод. нефтяных газов (каталитическая конверсияв водяном паре),электролиз воды (в небольших количествах).Самый лёгкий газ,горюч вприсутствии воздухаили кислорода– пожароопасен при4-75%, взрывоопасен 18- 65%, особая опасность взрыва вжидком состоянииприконтактес твёрдым воздухомили кислородом.

Обычный водородпри нормальных условиях имеет двемодификации: ортоводород и параводород. Эти двемодификации различаются направлением спина.

При нормальных условия доля ортоводорода 75 %, параводорода– 25%, при понижениитемпературы до20Кдоля параводорода растёт до99,8 %.

ПроцессОртоидёт-парасконверсиявыделением. теплоты(706 кДж/кг при температуре менее70 К),что больше теплоты испарения. Потерижидкого водорода: 18 %запервыесутки, 40% через100часов. Поэтому при ожижении водорода в составожижителя входиторто-параконвертор на платиновых катализаторах, вкоторых теплотаорто-пара конверсии снимается теплотой испаренияжидкого водорода, охлаждающего конвертор.

Нормальный водород, имеющий равновесныйорто-пара состав, соответствующийнормальным условиям имеет следующиесвойства.

Теплофизическиесвойства азота:

Применение:

•Топливов жидкостных ракетных двигателях;

•Вакуумныекамеры(Т=20К);

•Водородныепузырьковые камеры;

•Перспективный заменитель угля и нефти(экологическое топливо);

3)Работа регенеративного теплообменного аппарата в машине Мак- Магона-Гифорда.

Рисунок 101. Машина Гиффорда-Макмагона.

−газ изотермически сжимается в компрессоре

−поступает в ресивер

−через открытый клапан охлаждается в регенераторе

−расширяется путём выхлопа в расширительной части с подводом полезной тепловой нагрузки

−под действием циклического движения поршня расширившийся газ после подвода проходит через регенератор, охлаждая его и проходя через открытый второй клапан при закрытом первом, поступает во второй ресивер и из него на всасывание в компрессор

Достоинства:

− низкое давление газа (10 – 20 атм.)

−простота конструкции Недостатки:

−большие размеры машины

−наличие системы переключающихся клапанов

Однопоточный регенератор.

Цикл работы регенератора делится на 2 части:

Прямое и обратное дутьё.

При прямом дутье прямой поток проходит через холодную насадку и охлаждается. С течением времени насадка регенератора начинает нагреваться, в результате чего прямой поток охлаждается слабее, т.е. температура прямого потока на выходе из регенератора будет

повышаться.

Рисунок 9. Течение прямого потока через регенератор.

При достижении максимально допустимо величины температуры происходит переключение режима работы регенератора, и насадка

начинает охлаждаться при обратном дутье.

Охлаждение насадки регенератора характеризуется температурой обратного потока на выходе из него. По мере охлаждения насадки температура обратного потока на выходе уменьшается и по мере достижения минимального значения наступает переключение в режим прямого дутья или резерва.

Рисунок 10. Течение обратного потока в регенераторе