- •Предисловие
- •Введение
- •1. Техническая термодинамика
- •1.1 Основные понятия термодинамики
- •1.3 Теплота и работа как формы передачи энергии.
- •1.4 Вычисление работы деформации газа.
- •1.5 Теплоемкость. Количество тепла в термодинамических процессах.
- •1.6 Изменение внутренней энергии рабочего тела.
- •1.7. Энтальпия рабочего тела.
- •1.8. Энтропия рабочего тела
- •1.9 Первый закон термодинамики.
- •1.10 Исследование термодинамических процессов с идеальным газом.
- •Обратимый изотермический процесс.
- •1.11 Термодинамические циклы Круговые процессы
- •Цикл Карно
- •1.12. Цикл Карно.
- •3) Цикл со смешенным подводом тепла (цикл Тринклера).
- •Сравнение циклов двс.
- •1.13 Водяной пар.
- •Диаграмма I-s водяного пара.
- •Графоаналитический метод расчета процессов с водяным паром.
- •1.14 Паротурбинные установки
- •Тесты для самостоятельной работы
- •Термодинамические процессы
- •Вычисление работы деформации газа.
- •Идеальные циклы д.В.С.
- •2.Основы теории теплообмена
- •2.1 Способы распространения тепла.
- •2.2 Теплопроводность
- •Теплопроводность через плоскую однородную стенку.
- •Теплопроводность через многослойную стенку.
- •Удельный тепловой поток через многослойную стенку определяется по формуле:
- •Теплопроводность через цилиндрическую стенку
- •2.3 Конвективная теплоотдача
- •Теплоотдача при вынужденной конвекции
- •2.4 Излучение. Закон Стефана-Больцмана.
- •2..5 Сложный вид теплообмена теплопередача
- •Теплообменные аппараты:
- •Контрольные вопросы.
- •Тестовые задания для самостоятельной работы Понятие теплового потока, плотности теплового потока.
- •Теплопроводность в плоских одно- и многослойных стенках.
- •Теплопроводность в цилиндрических одно- и многослойных стенках.
- •Уравнение теплоотдачи.
- •Критерии подобия.
- •Теплообмен при свободной конвекции среды. Теплообмен при вынужденном движении среды в трубах.
- •Теплопередача через плоские одно- и многослойные стенки.
- •Теплопередача через многослойные стенки.
- •Назначение и классификация теплообменных аппаратов по способу передачи тепла.
- •Тепловой расчёт теплообменных аппаратов.
- •3. Теплоэнергетические установки.
- •3.1.Топливо и процессы его горения
- •Процесс горения топлива
- •3.2. Котельные установки.
- •3.3 Газотурбинные установки.
- •3.4 Турбореактивные двигатели.
- •3.5. Холодильные машины
- •3.6. Магнитогидродинамические генераторы
- •3.7. Тепловые электростанции (тэс)
- •3.8. Атомные электростанции Физические основы получения ядерной энергии
- •Ядерные реакторы
- •Контрольные вопросы.
- •4 Экологические вопросы энергетики
- •4.1 Тепловая энергетика.
- •4.2 Атомная энергетика.
- •4.3 Гидроэнергетика.
- •4.4 Антропогенное влияние на тепловой баланс Земли.
- •Контрольные вопросы.
- •Глава 1. Техническая термодинамика…………………………………….3
- •Глава 2. Основы теории теплообмена…………………………………...57
- •Глава 3. Теплоэнергетические установки……………………………….86
- •Глава 4. Экологические вопросы энергетики………………………….106
1.3 Теплота и работа как формы передачи энергии.
Любая энергия передается в виде двух форм: теплоты и работы.
Если энергия передается на молекулярном уровне, то есть в ее передаче участвуют мельчайшие частицы вещества, то это будет передача энергии в форме теплоты.
Количество энергии, передаваемое при тепловом взаимодействии тел, называется количеством тепла.
Понятие «количество тепла» обозначается Q, измеряется в или (1 ккал = 4,19 кДж). Количество теплоты, отнесенное к массе вещества, называется удельной теплотой:
, [Дж/кг] (1.8)
Если при передаче энергии наблюдается перемещение рабочего тела, то это передача энергии в форме работы. Полная работа обозначается L и измеряется в системе СИ в .
Удельная работа – есть полная работа отнесенная к массе вещества:
(1.9).
Теплота и работа имеют знак:
если теплота подводится – положительный «+», если отводится– отрицательный «-».
Работа, совершаемая системой под действием внешних сил при увеличении объема (dV>0) является положительной (работа расширения).
Работа, совершаемая внешними силами над системой при уменьшении объема (dV<0) является отрицательной (работа сжатия).
При l>0 работу совершает сам газ, при l<0 – окружающая среда.
1.4 Вычисление работы деформации газа.
При изучении процессов изменения состояния газа широко используют графический метод, основанный на применении так называемой PV-диаграммы, где давление является функцией от объема (p=f(V)). Параметр p откладывается по оси ординат, а V – по оси абсцисс. Такое изображение применяют обычно при исследованиях процессов поршневых двигателей, где путь, проходимый поршнем, пропорционален приращению объема рабочего тела, заключенного в цилиндре.
Рассмотрим процесс расширения газа в двигателе внутреннего сгорания (DBC). Пусть в цилиндре DBC находится 1 кг идеального газа. Поскольку поршень неподвижен, система находится в равновесии. Это равновесное состояние на диаграмме PV обозначено точкой 1. Выведем систему из равновесия, подведя к ней некоторое количество тепла, при этом поршень начнет перемещаться вправо и через некоторое время наступит новое равновесное состояние газа, которое на диаграмме определено точкой 2.
Соединив точки 1 и 2, получим линию термодинамического процесса. Разобьем этот процесс на бесконечно большое количество элементарных процессов и рассмотрим один из них: .
Рис 1.1 - Вычисление работы деформации газа с помощью PV-диаграммы
По общим правилам механики работа определяется произведением приложенных к телу сил на вызванное ими перемещение:
dl=P∙dh (1.10)
Сила P в данном случае это сила давления молекул газа на стенки сосуда. Тогда элементарная работа запишется:
dl=p∙f∙dh=p∙dV (т.к. f∙dh=dV) (1.11)
Полная работа при конечном изменении объема от V1 до V2 определяется по формуле:
(1.12)
В координатах р,V это количество работы характеризуется площадью V1-1-2-V2 под линией процесса (рис. 1.1). Под этой работой будем в дальнейшем понимать работу изменения объема газа. Для решения интеграла (1.12) необходимо знать функциональную зависимость p=f(V), т.е. термодинамический процесс, например 12. Следовательно, работа зависит от вида процесса.
Фундаментальными процессами, изучаемыми классической равновесной термодинамикой, являются:
изотермический (Т= const), когда система находится в контакте с источником теплоты постоянной температуры;
изобарный – процесс, протекающий при постоянном давлении (p=const);
изохорный – процесс, характеризующийся тем, что переход газа из одного состояние в другое происходит при постоянном удельном объеме (V=const).
Для каждого процесса работа деформации газа определяется следующими соотношениями:
изобарный процесс (p=const):
(1.13)
изохорный процесс (V=const):
, т.к. dV=0 (1.14)
изотермический процесса (T=const):
(1.15)