- •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
Лекция № 4. Тема: смеси идеальных газов.
В технике используются газообразные вещества, близкие по свойствам к идеальным газам и представляющие механическую смесь отдельных газов. Например, доменный газ, отходящие газы из котельных установок, ДВС, реактивных двигателей, воздух, состоящий из азота, кислорода, углекислого газа, водяного пара и одноатомных газов.
Газовая смесь – смесь отдельных газов, не вступающих между собой ни в какие химические реакции.
Молекулы газа создают давление на стенки сосуда, которое называется парциальным.
Парциальное давление - это давление, которое имел бы каждый газ, входящий в состав смеси, если бы этот газ находился один в том же количестве, в том же объеме и при той же температуре, что и в смеси.
Состав газовой смеси определяется количеством каждого из газов, входящих в смесь, и может быть задан массовыми или объемными долями.
Массовая доля определяется отношением массы отдельного газа, входящего в смесь, к массе всей смеси:
m1 = М1 / Мсм , m2 = М2 / Мсм, m3 = М3 / Мсм , …, mn = Мп / Мсм, (1)
где М1, М2,, М3, . . ., Мп — массы отдельных газов и Мсм — масса всей смеси.
Объемной долей газа называют отношение объема каждого компонента, входящего в смесь, к объему всей газовой смеси при условии, что объем каждого компонента отнесен к давлению и температуре смеси (приведенный объем):
r1 = , r2 =, r3 =, …, rn =, (2)
где V1 , V2 ,V3 ,Vn — приведенные объемы компонентов газов, входящих в смесь; V — общий объем газовой смеси.
Очевидно, чтоМ1 +М2 +М3 +… + Мп = М;
т1 + т2 + т3 +…+ тп = 1,
а также
V 1 +V 2 +V 3 +…+Vn =V;
r1 + r2 + r3 + …+ rn = 1
Для перевода массовых долей в объемные пользуются формулой
. (3)
Объемные доли переводят в массовые по формуле
(4)
Плотность смеси определяют из выражения
, кг/м3 (5)
или, если известен массовый состав, по формуле
(6)
Удельный объем. смеси представляет величину, обратную ρсл,; поэтому, если дан объемный состав смеси, то
, м3/кг (7)
Если же известен массовый состав, то
, м3/кг (8)
Из уравнения (5) легко получить значение так называемой кажущейся молекулярной массы газовой смеси
(9)
или через массовый состав
(10)
Газовую постоянную смеси газов (Rсм) можно выразить или через газовые постоянные отдельных компонентов., входящих в смесь, или через кажущуюся молекулярную массу смеси
Дж/(кг·К), (11)
или
Дж/(кг·К) (12)
Связь между давлением газовой смеси и парциальными давлениями отдельных компонентов, входящих в смесь, устанавливается следующей зависимостью - закон Дальтона: «Общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений отдельных газов, составляющих смесь», легко получаемой из основного уравнения кинетической теории газов:
p см = р1+ р2+ р3+ ••• + рn, (13)
где p см- общее давление газовой смеси;
р1, р2,…,рn - парциальные давления отдельных компонентов, входящих в смесь.
Парциальные давления определяются проще всего, если известны объемные доли отдельных компонентов, входящих в смесь;
p1=pr1, p2=pr2 и т.д.
или вообще
рi=pri, (14)
где рl - парциальное давление любого газа, входящего в смесь.
Если известны массовые доли, то парциальнoe давление любого газа, входящего в смесь,
. (15)