Введение

Термодинамика – наука, изучающая закономерности взаимного преобразования различных видов энергии.

Своё название наука получила от двух греческих слов: therme – тепло, dynamis – сила. Вторым словом раньше выражали различные понятия: силу и работу. Термодинамика возникла в XIX в. при изучении оптимальных условий использования теплоты для совершения работы в связи с интенсивным развитием и использованием тепловых двигателей.

Термодинамика строится на основе фундаментальных принципов (законов, начал), которые являются обобщением многочисленных наблюдений и выполняются независимо от конкретной природы образующих систему тел.

Именно поэтому закономерности и соотношения между физическими величинами, к которым приводит термодинамика, имеют универсальный характер.

Термодинамика отличается от других научных дисциплин, изучающих окружающий нас мир. Основанная на простых наблюдениях, на несложных опытах, она развивалась в удивительную стройную науку, в основе которой лежит небольшое число законов (начал).

Путём строгих логических заключений, чисто математическими методами термодинамика устанавливает связь между самыми разнообразными свойствами вещества, позволяет на основании изучения одних, легко измеряемых величин вычислять другие, важные и необходимые, но трудно измеряемые или даже недоступные непосредственному измерению.

Каким бы сложным ни было изучаемое явление, к какой бы отрасли познания оно ни относилось – всюду и всегда наиболее важным будет превращение одного вида энергии в другой.

Первым тепловым двигателем была паровая машина. За короткий период она нашла широкое применение в промышленности. Для совершенствования и расчётов подобных машин необходимо было теоретическое описание процессов, происходящих в них. В решение этой задачи вложили свой труд многие уче­ные. В 40-х годах XIX в. в результате исследований русских уче­ных Г. Гесса, Э. Ленца и зарубежных Ю. Майера, Д. Джоуля и Г. Гельмгольца был установлен первый закон термодинамики, являющийся частным случаем закона сохранения и превращения энергии в применении к термодинамическим системам, основные положения которого были сформулированы М. В. Ломоносовым в 1748 г.

В середине XIX в. немецкий учёный Р. Клаузиус и английский физик В. Томсон установили второй закон термодинамики. В сво­их исследованиях они развивали идеи, впервые высказанные французским учёным С. Карно в 1824 г.

Большое значение для развития термодинамики имели иссле­дования русских и советских учёных: открытие Д. И. Менделе­евым критического состояния вещества, развитие этого учения А. Г. Столетовым, М. П. Авенариусом и др., развитие общей кинетической теории вещества Н. Н. Пироговым, новое обоснова­ние второго закона термодинамики Н. Н. Шиллером, работы по теории паровых турбин А. А. Радцига, исследования теплофизических свойств рабочих тел М. П. Вукаловича, В. А. Кириллина и др.

Благодаря трудам советской школы учёных в нашей стране созданы современные тепловые двигатели, в частности ГТД для самолётов и вертолётов, обеспечивающие их высокие лётно-технические характеристики.

Бурное развитие авиационной техники, поставило перед термодинамикой ряд новых задач, от решения которых зависит дальнейшее развитие ГТД. Современные авиационные двигатели непрерывно улучшаются и изменяется. Чтобы изучить и понять эти изменения, суметь объяснить те или иные недостатки, обнаруженные при эксплуатации, принять правильные и грамотные решения для их устранения, необходимо иметь прочную теоретическую базу, чтобы объяснить сущность протекания различных процессов в современном ГТД.

Методы технической термодинамики лежат в основе теории авиационных двигателей и их элементов, холодильных и энергетических установок; они позволяют анализировать газовые потоки, определять изменения состояния различных рабочих тел.

Таким образом, термодинамика является той фундаментальной базой, которая объясняет закономерности протекания физических процессов в ГТД, конструктивные схемы, пути совершенствования ГТД, диагностики авиационных силовых установок и грамотной лётной и технической эксплуатации силовых установок воздушных судов.

Термодинамика в настоящее время охватывает широкий круг вопросов.

Содержание курса термодинамики направлено на изучение рабочих процессов главным образом авиационных ГТД и ДВС и использования для их описания и расчёта аппарата термодинамики. Поэтому в данном пособии будет рассмотрена только часть её, называемая технической термодинамикой, которая изучает термодинамику газов, свойства которых соответствуют характерным для авиадвигателей диапазонам давления и температур, процессы взаимного преобразования тепловой и механической энергии, происходящие в тепловых двигателях.