- •Кафедра «Теплоэнергетика»
- •Краткий курс лекций
- •5В071700 - «Теплоэнергетика» направление – «Бакалавриат»
- •Лекция № 1. Тема: основные определения термодинамики.
- •Предмет и метод термодинамики
- •Принцип построения термодинамики
- •Основные понятия и определения термодинамики
- •Лекция № 2. Тема: параметры состояния тела.
- •В настоящее время применяют различные температурные шкалы-Цельсия. Реомюра, Фаренгейта, Ренкина, соотношения между которыми приводятся в таблице 2.3
- •Лекция № 3. Тема: идеальный газ. Основные газовые законы.
- •Лекция № 4. Тема: смеси идеальных газов.
- •Лекция № 5. Тема: теплоемкость газов.
- •Теплоемкость газовой смеси
- •Лекция № 6. Тема: первый закон термодинамики. Внутренняя энергия
- •Теплота
- •Первый закон термодинамики
- •Закон сохранения и превращения энергии :
- •Формулировка и уравнение первого закона термодинамики
- •Энтальпия газов
- •Лекция № 7 Тема: основные термодинамические процессы. Основными термодинамическими процессами являются:
- •Метод исследования процессов состоит в следующем:
- •Политропный процесс ()
- •Тема: второй закон термодинамики.
- •Энтропия идеального газа
- •Тепловая диаграмма (ts-диаграмма)
- •Лекция № 9 Тема: водяной пар. Процессы водяного пара. Уравнение состояния реального газа
- •Водяной пар
- •Сухой насыщенный пар
- •Влажный насыщенный пар
- •Перегретый пар
- •Энтропия пара
- •Лекция № 10 Тема: влажный воздух.
- •Изображение адиабатного процесса
- •Изобарный процесс водяного пара
- •Цикл Карно. Теорема Карно
- •Теорема Карно
- •Лекция № 12. Уравнение первого закона термодинамики для потока. Истечение газов и паров. Дросселирование.
- •Лекция № 13 Тема: циклы поршневых компрессоров, двс, гту.
- •Теоретическая мощность двигателя для привода компрессора
- •Теоретические циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания
- •Циклы газотурбинных установок
- •Лекция № 14
- •1 Паросиловой цикл Ренкина
- •2 Теплофикационный цикл
- •3Регенеративный цикл
- •4 Цикл воздушной холодильной установки
- •Лекция № 15
В настоящее время применяют различные температурные шкалы-Цельсия. Реомюра, Фаренгейта, Ренкина, соотношения между которыми приводятся в таблице 2.3
Таблица 2.3 Соотношение между различными температурными шкалами.
Наименование шкалы |
Шкала Цельсия |
Шкала Ренкина |
Шкала Фаренгейта |
Шкала Реомюра |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Шкала Цельсия |
- |
0,55·T˚ Ra – - 273,15 |
(t˚ Ф – 32) /1,8 |
1,25 ·t˚ R |
Шкала Ренкина |
1,8· (t˚ С+273,15) |
- |
t ˚Ф + 459,67 |
1,8 (1,25 t ˚R + +273,15) |
Шкала Фаренгейта |
1,8· t˚ C + 32 |
T˚ Ra – 459,67 |
- |
2,8 ·t ˚R + 32 |
Шкала Реомюра |
0,8·t˚ C |
0,8· (0,55˚Ra - 273,15) |
0,44 (t ˚Ф – 32) |
- |
Лекция № 3. Тема: идеальный газ. Основные газовые законы.
Под идеальным газом понимают воображаемый газ, в котором отсутствуют силы притяжения между молекулами, а собственный объем молекул исчезающе мал по сравнению с объемом междумолекулярного пространства. Таким образом, молекулы идеального газа принимают за материальные точки. В действительно существующих газах при высоких температурах и малых давлениях можно пренебречь силами притяжения и объемом самих молекул. Поэтому такие газы можно также считать идеальными.
В тех газах, которые находятся в состояниях, достаточно близких к сжижению, нельзя пренебречь силами притяжения между молекулами и объемом последних. Такие газы нельзя отнести к идеальным, и их называют реальными газами.
Основное уравнение кинетической теории газов имеет вид
р=2/3n· (mω2 /2) (1)
где р — давление идеального газа;
п — число молекул в 1 м3 газа (концентрация молекул);
m — масса одной молекулы;
ω — средняя квадратичная скоростьпоступательного движения молекул;
mω2 /2— средняя кинетическая энергия поступательногодвижения одной молекулы.
Таким образом, основное уравнение кинетической теории газов устанавливает связь между давлением газа, средней кинетической энергией поступательного движения молекул и их концентрацией.
Основные элементы кинетической теории материи были разработаны М. В. Ломоносовым и блестяще им применены в целом ряде химических и физических исследований, связанных с тепловыми явлениями.
Основные газовые законы.
1. Закон Бойля – Мариотта устанавливает зависимость между удельным объемом и абсолютным давлением идеального газа в процессе при постоянной температуре. Этот закон был открыт опытным путем англ. физиком Бойлем в 1664 г., и франц. химиком Мариоттом в 1676 г.
«При постоянной температуре объем, занимаемый идеальным газом, изменяется обратно пропорционально его давлению»
или «При постоянной температуре произведение удельного объема на давление есть величина постоянная». p·v = const. (Т = const) (2)
2. Закон Гей-Люссака устанавливает зависимость между удельным объемом и абсолютной температурой при постоянном давлении. Этот закон был открыт экспериментальным путем франц. Физиком Жозефом Луи Гей-Люссаком в 1802 г.
«При постоянном давлении объемы одного и того же количества идеального газа изменяются прямо пропорционально абсолютным температурам» при (р=const).
«Если давление газа в процессе нагрева поддерживать неизменным, то объем газа при нагреве будет увеличиваться с ростом температуры»
, при р=const, ρ · Т = const (3)
где V0 – объем газа при температуре 0º С,
V – объем газа при температуре t º С,
α- температурный коэффициент объемного расширения газа , α=1/273 К-1
3. Закон Шарля устанавливает зависимость давления газа от его температуры при постоянном удельном объеме (француз, 1737 г.).
« При постоянном объеме давление газа изменяется прямо пропорционально его абсолютной температуре» р / Т = const, , при v = const (4)
Для газов, взятых при одинаковых температурах и давлениях, имеет место следующая зависимость, полученная на основе закона Авогадро:
μ/ρ= const. (5)
где μ- молекулярная масса газа.
Закон Авогадро: «При одинаковых температурах и давлениях в равных объемах различных идеальных газов содержится одинаковое количество молекул».
Так как ρ=1/ v, то μ· v = const. (6)
Величина μ v представляет собой объем килограмм-молекулы или киломоля (кмоль) газа.
Так как в 1 м3 газа могут содержаться, в зависимости от параметров его состояния, разные количества газа, принято относить 1 м3 газа к так называемым нормальным условиям, при которых рабочее вещество находится под давлением р = 101 325 Па и Т = 273,15 К (760 мм рт. ст. и 0° С).
Объем 1 кмоля всех идеальных газов равен 22,4136 м3/кмоль при нормальных условиях.
Плотность газа при нормальных условиях определяется из равенства
ρн = μ/ 22,4 кг/м3 (7)
Пользуясь этой формулой, можно найти удельный объем любого газа при нормальных условиях:
v н= 22,4 / μ , м3/кг (8)
Характеристическое уравнение идеального газа или уравнение состояния было выведено франц. Физиком Клапейроном в 1834 г. и связывает между собой основные параметры состояния — давление, объем и температуру:
р·V=M·R·T; (9)
p·v=R·T; (10)
p·V μ = μ R·T, (11)
где р — давление газа в Па;
V— объем газа в м3; v—удельный объем газа в м3/кг;
М — масса газа в кг;
V μ— объем 1 кмоля газа в м3/кмоль;
R — газовая постоянная для 1 кг газа в Дж/(кг • К);
μ R — универсальная газовая постоянная 1 кмоля газав Дж/(кмоль•К).
Каждое из этих уравнений отличается от другого лишь тем, что относится к различным массам газа: первое — к М кг; второе—к 1 кг, третье— 1 кмолю газа.
Численное значение универсальной газовой постоянной легко получить из уравнения (11) при подстановке значений входящих в него величин при нормальных условиях:
μ R=Дж/(кмоль• К) (12)
Газовую постоянную, отнесенную к 1 кг газа, определяют из уравнения
R =,Дж/(кг • К) (13)
где μ — масса 1 кмоля газа в кг (численно равная молекулярной массе газа).
Газовая постоянная R – работа в джоулях 1 кг газа в процессе при постоянном давлении и при изменении температуры на 1°.
Универсальная газовая постоянная μ R (Rμ)- работа 1 моль идеального газа в процессе при постоянном давлении и изменении температуры на 1°.