57. Математическое выражение второго начала термодинамики. Основные следствия.

Все явления природы, связанные с превращением энергии имеют необратимый характер. Обобщающим законом необратимости процессов в природе является принцип возрастания энтропии изолированных систем. В основу второго начала термодинамики положен постулат: «работа может быть непосредственно и полностью превращена в теплоту путем трения или электронагрева.»

Эти формулировка подчеркивает специфичность теплоты при ее превращениях. В теплоту полностью превращаются все виды энергии. Превращения же теплоты всегда сопровождаются процессами, компенсирующими эти превращения. В тепловом двигателе такой компенсацией является передача некоторой части теплоты источнику низшей температуры (холодному источнику); в холодильных машинах такой компенсацией являются затраты работы.

Следствие I. Невозможно осуществление полного превращения теплоты работу, т.е. нельзя создать вечный двигатель второго рода с коэффициентом полезного действия равным единице

Следствие II. КПД реального теплового двигателя и холодильный коэффициент реальной холодильной машины, в которых осуществляются циклы при температурах внешних источников Т1 и Т2 , всегда меньше КПД и холодильного коэффициента обратимых тепловых машин, циклы в которых осуществляются между теми же внешними источниками h < hобр ; c < cобр

С ледствие III. Абсолютный нуль по термодинамической абсолютной шкале температур (шкала Кельвина) недостижим ( ).

Поскольку КПД любого теплового двигателя и даже работающего по эталонному циклу Карно всегда меньше 1

и в случае, если горячий источник теплоты имеет положительную температуру по термодинамической абсолютной шкале температур ( ), справедливо утверждение

Математическое выражение второго начала термодинамики

При наличии второго начала термостатики (принцип существования энтропии) итоговое математическое выражение второго начала термодинамики (принцип возрастания энтропии) в дифференциальной и интегральной формах, как принципа возрастания энтропии систем имеет следующий вид:

Знак неравенства справедлив в случае реальных (необратимых) процессов, а равенства – обратимых процессов.

58. Истечение жидкостей и газов. Основные расчетные соотношения. Истечение несжимаемой жидкости.

Истечение паров, жидкостей и газов.

Процесс истечения – процесс переноса вещества из области с одним давлением в область с другим.

Действительный процесс истечения характеризуется необратимыми потерями и неравномерностью распределения скоростей в потоке. В теории истечение рассматривается, как обратимый процесс, а переход к реальным характеристикам осуществляется с помощью двух коэффициентов: коэффициента скорости - и коэффициента расхода - , причём эти коэффициенты определяются экспериментальным путём. Оба коэффициента показывают различия между теоретическими и действительными величинами.

Нас интересуют следующие величины:

1. Линейная скорость - , .

2. Массовая скорость - , .

3. Массовый расход - , .

Задача решается на базе следующих уравнений:

1. Первое начало термодинамики: .

2. Уравнение процесса:

   1. Политропный процесс: .

   2. Адиабатный процесс: .

3. Уравнение неразрывности в интегральном виде: .

4. Уравнение состояние.

Основные соотношения процесса истечения.

Уравнение распределения потенциальной работы:

.

Так как рассматриваются обратимые потери, то .

Так как рассматривается чистое движение, то .

Следовательно: .

Так как рассматриваются короткие каналы, то , .

Выражение для линейной скорости: .

Выражение для массовой скорости: .

Выражение для массового расхода: .

Основные исходные соотношения.

Уравнение для линейной скорости: .

Уравнение для массовой скорости: .

Уравнение для массового расхода: .

Истечение несжимаемой (капельной) жидкости.

Условия не сжимаемости жидкости: , .

Рассматриваем изохорный процесс. Потенциальную работу можно найти по следующей формуле: .

Подставив это в уравнение для линейной скорости, получим: .

Графическое представление зависимости скорости то перепада давления:

Подставив это в уравнение для массовой скорости, получим: .

Подставив это в уравнение для массового расхода, получим: .

Действительная линейная скорость отличается от теоретической, поэтому вводят коэффициент скорости , где - действительная линейная скорость, - теоретическая линейная скорость. Поэтому действительную линейную скорость можно найти по формуле: .

П ри течении жидкости в трубе с переменным сечением наблюдается отрыв струи от стенок и площадь сечения течения становится меньше площади сечения трубопровода. В связи с этим вводят коэффициент сжатия струи , при этом он лежит в пределах от 0.6 до 1. Если профиль канала параболический, то .

Действительный массовый расход можно найти по формуле: , где - коэффициент расхода.