- •Задания и методические указания к выполнению практических работ по дисциплине «транспортная энергетика»
- •С о д е р ж а н и е
- •1. Занятие № 1: Анализ основных термодинамических процессов и термодинамических циклов двс
- •1.1. Краткие теоретические сведения
- •1.1.1. Основные понятия и определения
- •Теплоемкости идеального газа
- •1.1.2. Термодинамические процессы с участием идеальных газов Изотермический процесс
- •Изохорный процесс
- •Изобарный процесс
- •Адиабатный процесс
- •Цикл Карно
- •Цикл двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты
- •Цикл двигателя внутреннего сгорания с сообщением теплоты постоянном давлении (цикл Дизеля)
- •Цикл двигателя с сообщением теплоты при постоянных объеме и давлении (смешанный цикл Тринклера)
- •1.2. Примеры и задачи
- •1.2.1. Анализ термодинамических процессов
- •Пример 1: Изотермический процесс
- •Пример 2: Изохорный процесс
- •Пример 3: Изобарный процесс
- •Пример 4: Адиабатный процесс
- •Условие задания
- •Пример 1: Цикл Карно
- •Пример 2: Цикл Отто
- •Пример 3: Цикл Дизеля
- •Пример 4: Цикл Тринклера
- •1.3. Контрольные вопросы
- •2. Занятие №2: Расчет процессов теплопередачи
- •2.1. Краткие теоретические сведения
- •2.2. Примеры и задачи
- •2.3. Контрольные вопросы
- •3. Занятие №3: Расчет процессов горения топлив в двс
- •3.2. Примеры и задачи
- •3.3. Контрольные вопросы:
1. Занятие № 1: Анализ основных термодинамических процессов и термодинамических циклов двс
Цель и задачи занятия - формирование у студентов знаний и умений применения теоретических основ термодинамики для практического проведения расчетов.
Количество часов, отводимых на занятие – 8 часов.
1.1. Краткие теоретические сведения
1.1.1. Основные понятия и определения
Термодинамическая система- тело или совокупность тел, полностью характеризующихся некоторым набором значений макроскопических параметров.
Термодинамические параметры - физические величины, характеризующие макроскопическое состояние тел. К ним относятся температураТ, давлениер, объемV.
Температура (t,0С;Т, К)термодинамический параметр характеризующий степень нагретости тел.
Объем (V, м3),удельный объем (v, м3/кг),молярный объем(vмол, м3/моль)соответственно, объем всего тела, объем, приходящийся на единицу массы или на один моль вещества.
Давление (р, Н/м2, Па)термодинамический параметр, характеризующий суммарное импульсное воздействие частиц тела на ограничивающую его поверхность.
Равновесное состояние системы это, как правило, установившееся состояние системы, которое характеризуется определенным набором численных значений термодинамических параметров. Равновесное состояние системы характеризуется уравнением состояния(р, Т, V) = 0.
Уравнение состояния системыфункциональная связь между термодинамическими параметрами системы, находящейся в равновесии:р=(Т,V);Т=f(р,V) илиV=(Т,р).
Идеальный газ газ, молекулы которого не обладают взаимным притяжением и взаимодействуют между собой соударяясь как абсолютно упругие тела. Реальные газы при сравнительно небольших избыточных давлениях (до 10105Па) разрежены и близки по свойствам к идеальным.
Уравнение состояния идеальных газов.В равновесных состояниях термодинамические параметры идеального газа взаимосвязаны уравнением, известным как уравнение Менделеева-Клапейрона (объединенный газовый закон):
, (1.1)
где nколичество киломолей газа,
Ммасса газа (кг),
μ молярная масса газа (кг/кмоль),
Rуниверсальная газовая постоянная,R= 8314 Дж/(кмоль·К).
Внутренняя энергия системы (U, Дж)совокупность всех видов энергии в веществах системы, которая является функцией состояния системы. Внутренняя энергия идеального газа зависит только лишь от температуры и обусловлена его кинетической энергией, которая для одного моля равна:
U = (3/2)RТ для одноатомных газов (1.2)
U = (5/2)RТ для двухатомных газов (1.3)
Равновесный термодинамический процесспроцесс воздействия на систему, при котором изменение состояний системы проходит через равновесные состояния, в которых термодинамические параметры взаимосвязаны уравнением состояния.
Теплота процесса (Q, Дж)количество энергии, переданной в процессе в микроскопической форме без заметных механических перемещений тел.
Работа процесса (L, Дж)количество энергии, переданной в процессе в макроскопической форме при заметных механических перемещениях тел.
Первый закон термодинамики закон сохранения энергии в процессах с участием теплоты.Теплота, подведенная к системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и совершение работы:
Q=U+L(в интегральной форме), (1.4)
Q=dU+L(в дифференциальной форме) (1.5)
Теплота и работа процесса зависят от пути его проведения и не являются функциями состояния системы.
Система знаков величин теплоты и работы.
Теплота, подводимаяк термодинамической системе от окружающей средыположительная величина.Наоборот, теплота, отданная системой в окружающуюсредуотрицательна.
Работа, совершаемаярасширяющейсясистемой положительна. Работа, сжатия(ее совершает окружающая среда)отрицательна.
В дальнейшем изложении расчетные формулы приведены в алгебраической форме, а отрицательность или положительность величин проявляется при подстановке в формулы значений конкретных величин.
Теплоемкость - характеризует свойство тел принимать (отдавать) определенное количество тепла и увеличивать (уменьшать) при этом свою температуру.
Удельная изохорная теплоемкость (сv, Дж/(кг.К))количество теплоты, необходимое для изменения температуры одного килограмма вещества на один градус в изохорическом процессе.
Молярная изохорная теплоемкость(сv, кДж/(кмоль.К))количество теплоты, необходимое для изменения температуры одного киломоля вещества на один градус в изохорическом процессе.
Удельная изобарная теплоемкость (ср, кДж/(кг.К))количество теплоты, необходимое для нагрева одного килограмма вещества на один градус в изобарическом процессе.
Молярная изобарная теплоемкость (ср, кДж/(кмоль.К))количество теплоты, необходимое для нагрева одного киломоля вещества на один градус в изобарическом процессе.
Теплоемкости взаимосвязаны выражением
сv = (1/μ)сvиср= (1/μ)ср. (1.6)
Уравнение Роберта-Майера - выражает взаимосвязь между изобарной и изохорной теплоемкостями идеального газа:
ср-сv=Rиср-сv=R0, (1.7)
где R0= (1/μ)R.