8 Основне рівняння термодинаміки.

Об'єднаємо вираження , і , одержимо

.

Це рівняння, назване термодинамічною тотожністю, використовується в розрахунках термодинамічних властивостей тіл за рівнянням стану. Наприклад, для ідеального газу в результаті інтегрування одержимо

9 Політропні процеси. Показник політропи. Рівняння політропи. Зображення процесу в p,V- і t, s- координатах.

Політропним називається процес при протіканні якого виконуються три умови:

- диссипація енергії в процесі відсутня і тому він є рівноважним (ідеалізованим);

- робочим тілом системи є ідеальний (зроблений) газ, що підкоряється рівнянню стану Клапейрона ( );

- теплоємність газу в процесі не змінюється, тобто кДж/(кг К).

При виконанні цих умов з рівнянь 1-ого закону (19) і (20) можна одержати основне рівняння політропного процесу у вигляді

де - показник політропи, чисельне значення якого постійне в ході процесу. Як постійну теплоємність, зазвичай приймають її середнє значення в заданому (або передбачуваному) інтервалі температур.

З визначення слідує, що політропне подання є лише першим наближенням при аналізі реальних процесів. В рамках цих обмежень політропний процес є узагальнюючим, тому що при різних одержимо:

- ізобарний процес;

- ізохорний процес;

- ізотермічний процес;

- адіабатний процес.

В адіабатному політропному процесі ( - показник адіабати (ізоентропи)).

10 Основні рівняння стаціонарного потокового процесу.

В машинах та апаратах технічних пристроїв, наприклад, у турбінах, компресорах, насосах, теплообмінниках, трубопроводах й ін., як правило, здійснюється стаціонарний плин одного або декількох потоків газу або рідини. Для опису процесів використовують основні рівняння термодинаміки й механіки одномірного плину.

При стаціонарному плині маса робочого тіла т у контрольному просторі не змінюється в часі. Отже, масова витрата через будь-який перетин каналу є постійною величиною (кг/с):

,

де - средньовитратна швидкість, м/с; - площа поперечного перерізу каналу, м².

Рівняння I закону термодинаміки для розглянутої системи, має вигляд Вт

,

де - повна ентальпія виділеного елементу робочого тіла масою , Дж/кг; - потенційна енергія поля гравітації, Дж/кг; - підведений ( відведений) тепловий потік через бічні поверхні контрольного простору до робочого тіла на ділянці 12, Вт; - технічна потужність (робота вала турбіни, компресора й ін.), передана через контрольний простір, Вт.

Для стаціонарного потокового процесу:

, ,

де , - питомі величини тепла й технічної роботи, що підводяться ( відводяться) до 1кг робочого тіла при переміщенні його між перетинами 1-1 та 2-2, Дж/кг.

Для 1кг робочого тіла (рухлива закрита система):

.

Технічна робота затрачується в загальному випадку на підвищення потенційної й кінетичної енергії, а також на подолання сил в’язкого тертя, тобто

.

11 Дроселювання.

Якщо на шляху руху потоку газу, пари або рідини є різке звуження перетину каналу (відкритий вентиль, діафрагма з невеликим отвором й ін.), що створює місцевий опір потоку, то безпосередньо за звуженням перетину швидкість потоку різко зростає, а тиск падає. На деякій відстані за звуженням швидкість зменшується до первісної, а тиск через втрати на завихрення відновлюється не повністю.

Явище зниження тиску потоку при проходженні через місцевий опір без здійснення зовнішньої роботи називається дроселюванням.

Відповідно до рівняння I закону, при відсутності теплообміну ( ) і технічної роботи ( ) для горизонтального потоку ( )

.

Тому що після дроселювання зміна швидкості потоку мала і нею можна зневажити, то .

При дроселюванні ідеального газу його температура не змінюється. При дроселюванні реального газу його температура може мінятися: зменшуватися, збільшуватися або залишатися незмінної залежно від його стану. Для будь-якого реального газу існує крива інверсії. Для параметрів газу всередині кривої характерне зниження температури при дроселюванні, а для параметрів газу поза кривою - підвищення.

Завдання, пов'язані з дроселюванням, простіше всього вирішуються за допомогою

h, s – діаграми стану: основна умова дроселювання визначає кінцевий стан на ізобарі кінцевого тиску .

Незважаючи на термодинамічну неефективність процесу дроселювання, через простоту конструкції й експлуатації це явище використовується в техніці для одержання низьких температур.