Весна 16 курс 3 ОрТОР / Теория АД / ТАДСтарков / Ekzamen_voprosy (1)

1.Термодинамические системы, определение, составные части ТДС, закрытые и открытые ТДС.

2.Газ как рабочее тело. Идеальный и реальный газы. Уравнение состояния идеального газа.

3.Параметры состояния рабочего тела, определение, их физическая сущность, единицы измерения.

4.Определение, графическое изображение термодинамического процесса. Обратимый и необратимый процессы.

5.Работа газа, как форма передачи энергии в термодинамическом процессе. Графическое изображение.

6.Теплота, как форма передачи энергии в термодинамическом процессе. Энтропия.

7.Внутренняя энергия термодинамической системы. Изменение внутренней энергии. Энтальпия.

8.Теплоёмкость газа. Виды теплоёмкости. Уравнение Майера.

9.Сущность первого закона термодинамики. Аналитическое выражение первого закона термодинамики.

10.Последовательность и объём расчёта термодинамических процессов. 11.Определение, осуществление, исследование основных (идеальных) термодинамических процессов.

12.Обобщающее значение политропных процессов. 13.Круговые процессы (циклы). Прямые и обратные циклы. 14.Цикл Карно. Теорема Карно.

15. Сущность второго закона термодинамики. Основные формулировки.

16.Второй закон термодинамики и энтропия.

17.Особенности термодинамического метода исследования циклов тепловых двигателей.

18 Схема устройства и принцип работы авиационных ГТД.

19.Идеальный цикл ГТД (цикл Брайтона - Стечкина). Расчёт и анализ идеального цикла.

20.Определение параметров рабочего тела в характерных точках идеального цикла ГТД. Работа и термический КПД идеального цикла.

21.Идеальный цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном объёме (цикл ОТТО).

22.Идеальный цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном давлении (цикл Дизеля).

23.Скорость звука. Число М. Дозвуковая, звуковая, сверхзвуковая скорости движения газа.

24.Распространение слабых возмущений в движущемся газе.

25.Обтекание сверхзвуковым потоком плоской стенки, выгнутых и вогнутых поверхностей. Работа и термический КПД идеального цикла.

26.Скачки уплотнения, их особенности. Изменение параметров потока в скачках уплотнения.

27.Уравнение неразрывности.

28.Уравнение первого закона термодинамики для движущегося газа.

29.Уравнение сохранения энергии.

30.Обобщённое уравнение Бернулли.

31.Уравнение Эйлера о количестве движения.

32.Уравнение Эйлера о моменте количества движения.

33.Уравнение профиля струи для энергоизолированного потока без трения. 34.Сопловые и диффузорные каналы. Основные закономерности течения газового потока в каналах переменного сечения.

35.Параметры заторможенного потока газа (полные параметры). 36.Скорость движения газа в сопле. Максимально-возможная скорость газа. 37.Критическая скорость и критические параметры газа.

38.Газодинамические функции и их использование при расчётах газовых потоков.

39.Условия получения дозвуковых, звуковых и сверхзвуковых скоростей течений газа.

40.Работа дозвукового и сверхзвукового сопла на расчётном и нерасчётном режимах.

41.Расход газа через сопло, факторы, влияющие на расход газа. 42.Особенности разгона газа и торможения потока газа при различных воздействиях.

43.Основные задачи теории теплообмена. Виды переноса тепла. 44.Температурное поле. Градиент температуры. Закон Фурье. 45.Теплопроводность плоских однослойных и многослойных стенок. 46.Конвективный теплообмен. Уравнение Ньютона.

47.Применение теории подобия к расчёту конвективной теплоотдачи.

48.Критерии подобия процессов конвективного теплообмена. Теоремы подобия.

49.Теплообмен излучением. Законы теплового излучения.

50.Особенности теплового излучения газов.

51.Защитные экраны.

52.Теплообменные аппараты, назначение, основные типы, их применение в авиационной технике.

53.Методы расчёта рекуперативных теплообменных аппаратов.

54.Способы повышения эффективности теплообменников.

55.Методы тепловой защиты элементов конструкции авиационных ГТД.

1.Термодинамические системы, определение, составные части ТДС, закрытые и открытые ТДС.

Совокупность макроскопических тел, находящихся в тепловом и механическом взаимодействии как друг с другом, так и с внешней средой.

Внешней (окружающей) средой называют материальные тела, находящиеся за пределами термодинамической системы (рабочего тела). Границы раздела рабочего тела и внешней среды называют контрольной поверхностью, или оболочкой. Для обеспечения взаимного преобразования тепловой и механической энергии ТДС должна состоять из одного или нескольких источников теплоты, рабочего тела и источника работы. Схема ТДС представлена на рис. 1.2. Охарактеризуем кратко каждый элемент ТДС. 20 Источники теплоты обмениваются тепловой энергией с рабочим телом. Различают горячие и холодные источники теплоты. Горячим источником (теплоотдатчиком) является тело, сообщающее теплоту рабочему телу.

Холодным источником (теплоприемником) является тело, принимающее от рабочего тела теплоту. Например, в ГТД горячим источником является факел пламени в камере сгорания, а холодным — атмосферный воздух, окружающий двигатель. Источник работы обменивается механической энергией с рабочим телом. В ГТД источником работы является его ротор.

Преобразование теплоты в работу и наоборот осуществляется посредством рабочего тела. В ГТД рабочим телом являются воздух, газ или другое вещество в газообразном состоянии, дающее наибольший эффект при преобразовании теплоты в работу. Это связано с тем, что газообразное вещество при нагревании способно увеличивать свой объем в большей степени, чем жидкость или твердое тело, и при этом совершать большую работу расширения. Такая способность газов обусловлена малостью сил взаимодействия между молекулами, поэтому при решении термодинамических задач этими силами вообще пренебрегают. Кроме того, считают, что молекулы имеют массу, но не имеют объема. Такой газ

называют идеальным. Реальный газ можно рассматривать как идеальный, если он находится в достаточно разреженном состоянии. Так, при течении через тепловой двигатель газ имеет относительно низкую плотность, поэтому можно считать его идеальным. По характеру взаимодействия с окружающей средой ТДС разделяются на открытые и закрытые. Если ТДС обменивается с внешней средой только энергией, она называется закрытой (рис. 1.2, а). В открытой ТДС (рис. 1.2, б) кроме обмена энергией существует также обмен веществом (рабочим телом). Если между ТДС и внешней средой отсутствует обмен и веществом и энергией, такая система называется изолированной. Система называется изолированной в тепловом отношении, если отсутствует теплообмен с внешней (окружающей) средой. 21 Если система обменивается теплом с внешней (окружающей) средой только путем теплообмена, она называется изолированной в механическом отношении.

2.Газ как рабочее тело. Идеальный и реальный газы. Уравнение состояния идеального газа.

В ГТД рабочим телом являются воздух, газ или другое вещество в газообразном состоянии, дающее наибольший эффект при преобразовании теплоты в работу. Это связано с тем, что газообразное вещество при нагревании способно увеличивать свой объем в большей степени, чем жидкость или твердое тело, и при этом совершать большую работу расширения.

Газы, между молекулами которых отсутствуют силы взаимодействия, а сами частицы газа представляются в виде материальных точек, то есть имеют массу, но не имеют объема, называются идеальными.

f (p, υ, T) = 0 pV = mRT pυμ = RTμ

3.Параметры состояния рабочего тела, определение, их физическая сущность, единицы измерения.

В технической термодинамике в качестве основных параметров состояния рабочего тела (газа) принимают давление, температуру и плотность. -Давление (1 Па = 1 H/м2)

Давлением рабочего тела называют силу, действующую по нормали к контрольной поверхности тела и отнесенную к единице площади этой поверхности.

-Температура (1 К)

Температура Т характеризует степень нагретости тела. По физическому смыслу температура является мерой интенсивности теплового движения молекул

Т = t + 273,15 , К

-Плотность (кг/м3) и удельный объем (м3/кг) Объем, занимаемый 1 кг рабочего тела (газа) υ = V/m

Количество газа, заключенное в единице объема. Следовательно, если m кг занимают объем V м3

ρ = m/V

4.Определение, графическое изображение термодинамического процесса. Обратимый и необратимый процессы.

Термодинамическим процессом называется процесс последовательного изменения состояния системы при тепловом или механическом (или одновременно тепловом и механическом) воздействиях на нее извне.

Система находится в термодинамическом равновесии, если при отсутствии внешних воздействий основные ее свойства (например, давление и температура) во всех ее частях одинаковы и неизменны во времени.

Если же отдельные части тела системы обладают неодинаковыми свойствами, то такая система неравновесна.

Термодинамический процесс считается обратимым, если термодинамическая система, оставаясь все время равновесной, переходит из одного состояния в другое в одном направлении и обратно через все те же промежуточные состояния, не оставляя в системе или вне ее каких-либо изменений. Таким образом, для равновесных (обратимых) процессов характерны следующие особенности:

-1.Давление и температуру термодинамической системы всегда можно считать равными давлению и температуре окружающей (внешней) среды. -2.Система в любой момент процесса может считаться находящейся в равновесном состоянии.

-3.Количество энергии, отданное окружающей (внешней) средой системе в виде работы, всегда равно количеству энергии, воспринятой системой в том же виде.

-4. Равновесный процесс протекает бесконечно медленно.

Процессы, происходящие под действием больших разностей температур и давлений, называются неравновесными, или необратимыми

5.Работа газа, как форма передачи энергии в термодинамическом процессе. Графическое изображение.

Работа представляет собой часть внутренней энергии системы, передаваемой в термодинамическом процессе, то есть является формой обмена энергии. Она также является оценкой количественной величины передаваемой энергии.

Работа газа в технической термодинамике обозначается буквой L и измеряется в Джоулях, а удельная работа, или работа 1 кг газа, — буквой L и измеряется в Дж/кг.

L = p(υ2 – υ1) или L = pΔ υ.

6.Теплота, как форма передачи энергии в термодинамическом процессе. Энтропия.

Форма обмена энергией, соответствующая хаотическому, беспорядочному, неорганизованному движению микрочастиц, составляющих тело, называется теплообменом, а количество энергии, переданное при теплообмене, —

количеством теплоты, или теплом.

Теплота может передаваться либо при непосредственном контакте между телом и окружающей средой (теплопроводностью, конвекцией, трением), либо на расстоянии (излучением), либо в результате осуществления химических реакций между составляющими рабочего тела (горение), причем во всех случаях процесс возможен при наличии разности температур между телами. Во всех случаях элементарное количество теплоты dQ, полученное (отданное) системой при передаче энергии в форме теплоты при изменении температуры, можно определить как произведение теплоемкости вещества на элементарную разность температур dQ = mСdT, Дж,

где m — масса, а С — теплоемкость тела.

Количество теплоты, которая приходится на 1 кг рабочего тела (газа), называется удельной теплотой и обозначается q; измеряется в Дж/кг и определяется формулой q = С T = С(T2 – T1) , Дж/кг.

Энтропией называется физическая величина, изменение которой является признаком наличия обмена энергией в форме теплоты, обозначается буквой «s» и имеет размерность Дж/К для произвольной массы газа, а отнесенная к 1 кг рабочего тела — Дж/(кг·К) (удельная энтропия). dq = Tds.

7.Внутренняя энергия термодинамической системы. Изменение внутренней энергии. Энтальпия.

Газ (рабочее тело), как и всякая термодинамическая система, в любом состоянии обладает некоторым запасом энергии. Под энергией понимается форма существования материи и мера ее количественного движения: E = mc 2 , где E — энергия; m — масса; c — скорость движения.

Внутренняя энергия U — это энергия, заключенная в системе (рабочем теле), которая включает в себя:

кинетическую энергию поступательного, вращательного и колебательного движения молекул;

потенциальную энергию взаимодействия молекул;

энергию электронных оболочек атомов;

внутриядерную энергию.

В большинстве термодинамических процессов две последние составляющие

внутренней энергии остаются неизменными. Таким образом, внутреннюю