1

p = nkT, связывающее давление газа с его температурой и концентрацией молекул, получено в §3.2 для модели идеального газа, молекулы которого взаимодействуют между собой и со стенками сосуда только во время упругих столкновений. Это соотношение может быть записано в другой форме, устанавливающей связь между макроскопическими параметрами газа – объемом V, давлением p, температурой T и количеством вещества ν. Для этого нужно использовать равенства ,Здесь N – число молекул в сосуде, NА – постоянная Авогадро, m – масса газа в сосуде, M – молярная масса газа. В итоге получим: , R = 8,31 Дж/моль·К., Соотношение называется уравнением состояния идеального газа. Реальные газы: Наличие межмолекулярных сил отталкивания приводит к тому, что они могут сближаться до некоторого минимального расстояния. Свободный Для движения объем V-b, b - наименьший объем, до которого можно сжать газ. Давление увеличивается. p = RT/(v-b); p(мол) = a/v² , a зависит от природы газа. Получаем уравнение ван-дер-ваальса: p + a/v² = RT/(v-b)

1 кг жидкости поместим в цилиндр с подвижным поршнем при 0 по цельсию, приложим извне силу P, тогда давление будет постоянным и равным p = P/F. Начальное состояние воды на диаграмме в точке a₀. t_s - температура кипения при данном давлении. a'' - сухой насыщенный пар. x - cтепень сухости. I - вода при н.у, II - вода при темп. кипения, III - область перегретого пара.

1 Изобары в двухфазной области представляют собой пучок расходящихся кривых. Начало диаграммы - тройная точка - точка наименьшего давления, при котором возможно равновесие воды и водяного пара. p = 611Па, t=0,01 C, Vo = 0,001 (м³/кг)

7 18 18

1

Цикл Ренкина — термодинамический цикл преобразования тепла в работу с помощью водяного пара. Цикл Ренкина был предложен в середине XIX века инженером и физиком У.Ренкином. изобара --линия 4-5-6-1. Происходит нагрев и испарение воды, а затем перегрев пара. В процессе затрачивается теплота q1

-адиабата линия 1-2. Процесс расширения пара в турбине, то есть её вращение паром - изобара линия 2-3 Конденсация отработанного пара с отводом теплоты q2 охлаждающей водой. -адиабата линия 3-4. Сжатие сконденсировавшейся воды до первоначального давления в парогенераторе с затратой работы l н... Цикл Ренкина нашёл применение в современных тепловых электростанциях большой мощности использующих в качестве рабочего тела водяной пар. При прохождении цикла Ренкина в обратном направлении (1—6—5—4—3—2—1) он описывает рабочий процесс холодильной машины с двухфазным рабочим телом (то есть претерпевающим в ходе процесса фазовые переходы от газа к жидкости и наоборот). Холодильные машины, работающие по этому циклу, с фреоном в качестве рабочего тела широко используются на практике в качестве бытовых холодильников, кондиционеров и промышленных рефрижераторов с температурой морозильника до −40 °C.

Имеется возможность повысить эффективность паро-силовой установки, чтобы отбросную теплоту можно было использовать для отопления и горячего водоснабжения различных технологических процессов. 1-2'-3'-4'-5-6 - полезно-использованная теплота, 1-2-3-4-5-6 - теплота при противодавлении. 2-2'-3'-4 дает уменьшение полезной работы из-за увеличения давления за турбиной.

9 19 20

2

Регенеративный цикл — цикл паротурбинной установки, в котором питательная вода до её поступления в котельный агрегат подвергается предварительному нагреву паром, отбираемым из промежуточной ступени паровой турбины. Подогрев реализуется посредством специального теплообменника - регенеративного подогревателя. Увеличение КПД при применении регенерации составляет 10-15 %. При этом экономия теплоты в цикле возрастает с повышением начального давления p1 пара. Это связано с тем что с повышением p1 увеличивается температура кипения воды, а следовательно повышается количество теплоты, которое можно подвести к воде при подогреве её отработанным паром. В настоящее время регенеративный подогрев применяется на всех крупных электростанциях.

Рассмотрим процесс равновесного адиабатного истечения газа через сопло из резервуара, где он имел параметры p1, v1, T1, скорость газа на входе - с1, давление на выходе - р2. Скорость истечения: , после преобразований: , массовый расход газа: Критическая скорость определяется: Сопло́ Лава́ля — техническое приспособление, разгоняющее проходящий по нему газовый поток до сверхзвуковых скоростей. Широко используется на некоторых типах паровых турбин и является важной частью современных ракетных двигателей и сверхзвуковых реактивных авиационных двигателей. скорость истечения из сопла.

1 22 23

2

Дросселирование — понижение давления газа или пара при протекании через сужение проходного канала трубопровода — дроссель, либо через пористую перегородку. Дросселирование является близким к идеальному осуществлением процесса Джоуля-Томсона. Дросселирование можно рассматривать[1] как изоэнтальпийный квазиравновесный процесс и проводить, основываясь на выраженииПроцесс дросселирования не квазистатический, равновесны только начальное и конечное, но не промежуточные состояния. Рассмотрение процесса дросселирования как квазистатического возможно только потому, что путь перехода из начального состояния в конечное здесь не важен, и можно заменить его некоторой теоретической квазистатической абстракцией.При дросселировании происходит адиабатное расширение от давления P1 до давления P2 без совершения работы, то есть дросселирование — существенно необратимый[2] процесс, сопровождающийся увеличением энтропии и объёма при постоянной энтальпии. Эффект дросселирования применяется в промышленности в расходомерах переменного давления[2], в которых расход газа или пара измеряется по перепаду давления P1 — P2 перед и после сужения проходного канала (диафрагма или сопло в трубе Вентури) трубопровода.Дросселирование применяется в компрессионных холодильниках в качестве средства обеспечения перепада давления для испарения сжиженного хладагента. Состояние газа, в котором (dT/dp)h = 0 называется точкой инверсии, температура при смене знака - температура инверсии (гелий -239, водород -57)

4

1

10)Необратимость процессов теплопередачи от горячего тела к холодному и превращения механической энергии во внутреннюю была постулирована во втором законе термодинамики.

Две эквивалентные формулировки второго закона термодинамики принадлежат Клаузиусу и Томсону (лорду Кельвину).

Постулат Клаузиуса. Невозможен процесс, единственным результатом которого является передача тепла от менее нагретого тела к более нагретому.

Постулат Кельвина. Невозможен циклический процесс, единственным результатом которого является получение работы за счёт охлаждения теплового резервуара.

Фактически постулат Кельвина запрещает существование теплового двигателя с КПД, равным единице. Невозможен тепловой вечный двигатель второго рода, т.е. двигатель, совершающий механическую работу за счет охлаждения какого-либо одного тела.

Гипотетический тепловой двигатель, целиком превращающий в работу поступающее от нагревателя тепло, называется вечным двигателем второго рода.

Наивыгоднейшим круговым процессом является обратимый круговой процесс, состоящий из двух изотермических и двух адиабатических процессов, т.к. он характеризуется наибольшим коэффициентом полезного действия. Такой цикл получил название цикла Карно. В прямом цикле Карно рабочее тело изотермически, а затем адиабатически расширяется, после чего снова изотермически (при более низкой температуре) и потом адиабатически сжимается. Т.е. цикл Карно ограничен двумя изотермами и двумя адиабатами.

1. Изотермическое расширение (на рисунке — процесс A>Б). В начале процесса рабочее тело имеет температуру TH, то есть температуру нагревателя. Затем тело приводится в контакт с нагревателем, который изотермически (при постоянной температуре) передаёт ему количество теплоты QH. При этом объём рабочего тела увеличивается.

2. Адиабатическое (изоэнтропическое) расширение (на рисунке — процесс Б>В). Рабочее тело отсоединяется от нагревателя и продолжает расширяться без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура уменьшается до температуры холодильника.

3. Изотермическое сжатие (на рисунке — процесс В>Г). Рабочее тело, имеющее к тому времени температуру TX, приводится в контакт с холодильником и начинает изотермически сжиматься, отдавая холодильнику количество теплоты QX.

4. Адиабатическое (изоэнтропическое) сжатие (на рисунке — процесс Г>А). Рабочее тело отсоединяется от холодильника . При этом его температура увеличивается до температуры нагревателя.

1 Цикл Карно

КПД цикла Карно:

Отсюда видно, что КПД цикла Карно с идеальным газом зависит только от температуры награвателя (Tн) и холодильника (Тх).

Из уравнения следуют выводы:

1. Для повышения КПД тепловой машины нужно увеличить температуру нагревателя и уменьшить температуру холодильника;

2. КПД тепловой машины всегда меньше 1.

Цикл Карно обратим, так как все его составные части являются равновесными процессами.

В термодинамических исследованиях практическое применение получило не только прямое, но и обратное направление цикла Карно. Отличие обратного цикла заключается в том, что теплота отводится от источника с низкой температурой и отдается источнику с высокой температурой. Такой цикл является идеальным для холодильных агрегатов.

Обратным, циклом называется круговой процесс, в котором работа, совершаемая системой, отрицательна А < 0. В диаграмме V - p обратный цикл изображается в виде замкнутой кривой, проходимой рабочим телом против часовой стрелки.

В тепловом двигателе рабочее тело совершает прямой цикл, а в холодильной машине - обратный цикл.

Холодильный коэффициент e характеризует производительность работы холодильных устройств и определяется отношением:

где q2 – количество теплоты, отведенной от холодного источника и полученной горячим источником;

I – совершенная работа.

Для обратного и обратимого цикла Карно холодильный коэффициент вычисляется с помощью соотношения:

Отопительный Коэффициент безразмерная величина, применяемая в технич. термодинамике и теплотехнике для хар-ки энергетич. эффективности цикла теплового насоса. О. к. ЕОТОП равен отношению кол-ва теплоты Qподв, сообщаемой за цикл нагреваемому телу, к работе А, затрачиваемой в цикле: ЕОТОП = Qподв /А. О. к. всегда больше 1 и связан с холодильным коэффициентом е для того же цикла соотношением ЕОТОП = е + 1.

0 11 11

1

4.Схема котельной установки. Тепловой баланс котлоагрегата.

На рис. 1.1 представлена схема котельной установки с паровыми котлами. Установка состоит из парового котла 4, который имеет два барабана — верхний и нижний. Барабаны соединены между собой тремя пучками труб, образующих поверхность нагрева котла. При работе котла нижний барабан заполнен водой, верхний — в нижней части водой, а в верхней насыщенным водяным паром. В нижней части котла расположена топка 2 с механической колосниковой решеткой для сжигания твердого топлива. При сжигании жидкого или газообразного топлива вместо решетки устанавливают форсунки или горелки, через которые топливо вместе с воздухом подается в топку. Котел ограничен кирпичными стенами —обмуровкой. Рабочий процесс в котельной протекает следующим образом. Топливо из топливного склада подается транспортером в бункер, откуда оно поступает на колосниковую решетку топки, где сгорает. В результате горения топлива образуются

дымовые газы – горячие продукты сгорания. Дымовые газы из топки поступают в газоходы котла, образуемые обмуровкой и специальными перегородками, установленными в пучках труб. При движении газы омывают пучкитруб котла и пароперегревателя 3, проходят через экономайзер 5 и воздухоподогреватель 6, где они также охлаждаются вследствие передачи тепла воде, поступающей в котел, и воздуху, подаваемому в топку. Затем значительно охлажденные дымовые газы при помощи дымососа 5 удаляются через дымовую трубу 7 в атмосферу. Дымовые газыот котла могут отводиться и без дымососа под действием естественной тяги, создаваемой дымовой трубой.

Тепловой баланс котлоагрегата - определение КПД котла по упрощенной методике теплотехнических расчетов Равича и оценка погрешности его расчетов относительно расчетного.

2 4

3

33 вопрос

Теплопрово́дность — это перенос тепловой энергии структурными частицами вещества (молекулами, атомами, ионами) в процессе их теплового движения. Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества.

Основные понятия:

Теплопроводность — это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).

Конвекция осуществляется путем перемещения в пространстве неравномерно нагретых объемов среды. При этом перенос теплоты неразрывно связан с переносом самой среды.

Тепловое излучение характеризуется переносом энергии от одного тела к другому электромагнитными волнами.

Закон Фурье

Согласно гипотезе Фурье, количество теплоты d2Qτ, проходящее через элемент изотермической поверхности dF за промежуток времени dτ, пропорционально температурному градиенту

Совместный процесс переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью называется конвективным теплообменом. Частным случаем конвективного теплообмена является теплоотдача — конвективный теплообмен между твердой стенкой и движущейся средой. Теплоотдача может сопровождаться тепловым излучением. В этом случае перенос теплоты осуществляется одновременно теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением.

Многие процессы переноса теплоты сопровождаются переносом вещества — массообменном, который проявляется в установлении равновесной концентрации вещества.

Однослойная

Рассмотрим однородную плоскую стенку толщиной δ (рис. 9.2). На наружных поверхностях стенки поддерживаются постоянные температуры tс1 и tс2. Коэффициент теплопроводности стенки постоянен и равен λ. При стационарном режиме и отсутствии внутренних источников

теплоты (qv=0) дифференциальное уравнение теплопроводности примет вид:

При заданных условиях температура будет изменяться только в направлении, перпендикулярном плоскости стенки (ось Оx). В этом случае

и диф. уравнение теплопроводности перепишется в виде:

Многослойная

изображена плоская стенка, состоящая из трех слоев, указаны промежуточные температуры на границах этих слоев, а также толщина слоев и значения коэффициентов теплопроводности для каждого слоя. При стационарном режиме тепловой поток, проходящий через каждый отдельный слой, будет один и тот же. Тогда для каждого слоя в соответствии с формулой (6) можно записать:

Отсюда:

Сложив правые и левые части этих уравнений, получим:

Следовательно, плотность теплового потока многослойной стенки

Из записанных уравнений для трех разностей температур можно получить формулы для вычисления промежуточных температур. Например:

3 34