
- •Термодинамика
- •Глава 1 Основные понятия и определения термодинамики…………… 11
- •Глава 8 Термохимия…………………………………………………….. 60
- •Глава 9 Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Стандартное состояние вещества……………………………… 69
- •Глава 10 Отдельная химическая реакция………………………………… 83
- •Глава 11 Методы расчета термодинамических свойств химически реагирующих систем…………………………………………… 104
- •Глава 12 Термодинамические политропные процессы с идеальными газами……………………………………………………………. 156
- •Глава 13 Тепловые машины и компрессоры……………………………. 171
- •Глава 14 Термодинамика потоков жидкости и газа………………………197
- •Глава 15 Водяные пары……………………………………………………..223
- •Глава 16 Основы эксергетического метода термодинамического анализа………………………………………………………… 241
- •Глава 1. Основные понятия и определения термодинамики
- •Глава 2 уравнения состояния вещества
- •2.1. Термические и калорические уравнения состояния
- •2.2. Термические уравнения состояния для идеального газа
- •2.3. Термические уравнения состояния для реальных газов
- •Глава 3. Смеси веществ
- •3.1. Способы задания состава смеси. Закон Амага.
- •3.2. Соотношения для смесей идеальных газов. Закон Дальтона
- •Глава 4. Теплоемкость
- •4.1. Виды теплоемкости
- •4.2. Уравнение Майера
- •4.3. Теплоемкость химически реагирующей термодинамической системы
- •Глава 5. Первый закон термодинамики
- •5.1. Уравнение первого закона термодинамики для сложной открытой системы в общем виде.
- •5.2. Уравнение 1-го закона термодинамики для проточной термодинамической системы
- •Глава 6. Второй закон термодинамики
- •6.1. Сущность второго закона термодинамики. Равновесные и неравновесные состояния, обратимые и необратимые процессы
- •6.2. Математическое выражение 2-го закона термодинамики. Три составляющие изменения энтропии термодинамической системы
- •6.3. Энтропия изолированной термодинамической системы
- •Глава 7. Объединенные выражения первого и второго законов термодинамики
- •7.1. Различные формы записи объединенных выражений
- •7.2. Характеристические функции и дифференциальные соотношения взаимности термодинамики
- •7.3. Максимальная и минимальная работы процесса. Термодинамические потенциалы
- •7.4. Условия равновесия термодинамической системы. Термодинамическое сродство
- •7.5. Связь между изобарной и изохорной теплоемкостями в общем виде
- •7.6.Расчетные выражения для скорости звука в общем виде
- •7.7. Максимальная и минимальная теплоты процесса
- •Глава 8. Термохимия
- •8.1. Формы записи уравнений химических реакций в общем виде
- •8.2. Понятие пробега химической реакции
- •8.3. Изохорный и изобарный тепловые эффекты химических реакций и связь между ними
- •8.4. Зависимости тепловых эффектов хр от температуры. Формула Кирхгофа.
5.2. Уравнение 1-го закона термодинамики для проточной термодинамической системы
Проточная система является частным случаем открытой ТС, когда вещество на одном участке границы ТС входит в систему, а на другом участке – выходит из ТС. В этом случае рассматривается схема течения вещества относительно неподвижных осей координат, связанных с границей ТС, как представлено на прилагаемом рисунке.
На элемент dhв сеченииI-IплощадьюFдействует давление
–рпри скорости течения потока
рабочего тела –W, а
в сеченииII-IIплощадью (F+dF)
– давление (р+dp)
при скорости (W+dW),
и подводится теплота.
Тогда в уравнение 1-го закона термодинамики дополнительно к внутренней энергии необходимо учитывать, что в проточной ТС поток рабочего тела несет с собой кинетическую энергию своего движения относительно границ ТС, равную d(mW2/2), а потенциальная энергия потока рабочего тела в поле внешних сил (в поле тяготения Земли) может изменятьсяgd(my), гдеу– пьезометрическая высота,g– ускорение силы тяжести. Эти виды энергии входят в уравнение 1-го закона термодинамики в качестве самостоятельных членов.
Кроме того, над рабочим телом, поступающим
в ТС, совершается работа проталкивания
(вытеснения)
ℒпрот=d(pV)
по преодолению внутреннего давления
ТС внешней силой и давления окружающей
среды при выводе рабочего тела из ТС.
При этом полагается, что процессы
ввода-вывода рабочего тела являются
равновесными.
Работа проталкивания d(pV) – функция состояния и определяется только начальными и конечными значениями параметров, а ее дифференциал является полным дифференциалом:
ℒпрот=,
,
где pdV– работа расширения;Vdp– располагаемая работа (работа перемещения), которая идет на изменение кинетической энергии рабочего тела и преодоление сил трения.
Термодинамическое рабочее тело может
также производить техническую работу
ℒтехн
при перемещении канала с рабочим
телом в пространстве, например, при
вращении ротора турбины.
Таким образом, уравнение 1-го закона термодинамики для проточной ТС при m=constбудет иметь вид:
ℒтехн,
Дж/с.
Для однородного рабочего тела при m=1кг/с
,
Дж/кг.
При
и
,
Дж/кг.
Так как
,
то уравнение 1-го закона термодинамики,
выраженное через энтальпию, будет иметь
вид:
,
Дж/кг.
Эти уравнения пригодны для исследования термодинамических процессов во всех типах тепловых двигателей, где имеется движение рабочего тела по тракту двигателя (реактивные двигатели, газотурбинные установки и др.).
Относительно осей координат, которые движутся вместе с центром масс рассматриваемого элемента потока, энергетические превращения можно описать уравнением Бернулли:
.
Тогда уравнения 1-го закона термодинамики
для подвижных осей координат при
и
будут иметь вид:
,
и
,
которые аналогичны по форме записи
уравнениям первого закона термодинамики
для неподвижной закрытой термодинамической
системы.
Запишем уравнение 1-го закона термодинамики для конечного процесса в проточной ТС в виде:
,
где
- сумма величин механической природы,
называемой располагаемой работой. В
тепловых машинах
=0.
Тогда в турбинах
,
а в соплах
.
Техническая работа
в турбине может совершаться за счет
уменьшения кинетической энергии потока
рабочего тела или за счет уменьшения
его потенциальной энергии при падении
потока воды с верхнего уровня на нижний
уровень.
Приведенные в данном разделе уравнения выводились при использовании параметров состояния в сечениях на входе и выходе из системы, где состояния рабочего тела полагались равновесными. Поэтому эти уравнения справедливы и в случае протекания неравновесных процессов внутри термодинамической системы, например, если в ТС происходят химические реакции, потери на трение и др.