- •А.В. Кирис, в.В. Лисин
- •1. Введение. Основные понятия и определения….........................................6
- •Техническая термодинамика
- •Светлой памяти профессора
- •Основы термодинамики
- •1. Введение. Основные понятия и определения
- •1.1 Рабочее тело
- •1.2 Термодинамическая система
- •1.3 Параметры состояния Термодинамическим состоянием тела называется совокупность физических свойств, присущих данного телу.
- •1.4 Основные законы идеальных газов
- •2. Состояние термодинамической системы
- •2.1 Уравнение состония. Объединенный газовый закон
- •2.2 Физический смысл газовой постоянной r
- •2.3 Универсальное уравнение состояния идеального газа
- •2.4 Газовые смеси
- •2.5 Способы задания смеси
- •2.6 Расчет газовой смеси. Основные расчетные соотношения
- •2.7 Уравнение состояния для смеси
- •3.2 Закон Майера
- •3.3 Первый закон термодинамики
- •3.4 Аналитическое определение и графическое изображение работы
- •3.5 Теплота и работа в термодинамическом процессе
- •3.6 Внутренняя энергия
- •3.7 Энтальпия
- •3.8 Контрольные вопросы
- •4. Основные термодинамические процессы
- •4.1 Методика исследования термодинамических процессов
- •4.2 Изохорный процесс
- •4.3 Изобарный процесс
- •4.4 Изотермный процесс
- •4.5 Адиабатный процесс
- •4.6 Политропный процесс
- •4.7 Теплоемкость политропного процесса
- •4.8 Определение численного значения показателя n
- •4.9 Взаиморасположение термодинамических процессов в p-V
- •Все рассмотренные нами процессы имели n0 и процессы располага-лись в II и IV четвертях. В данном случае при расширении давление
- •4.10 Контрольные вопросы
- •5. Второй закон термодинамики
- •5.1 Круговые процессы
- •5.2 Второй закон термодинамики
- •5.3 Некоторые формулировки второго закона термодинамики
- •5.4 Обратимость термодинамических процессов
- •5.5 Цикл Карно
- •5.7 Энтропия
- •5.8 Работоспособность (эксергия)
- •5.9 Пределы применимости второго закона
- •5.10 Контрольные вопросы
- •6. Изменение энтропии в процессах.
- •6.1 Координатная система t - s
- •6.2 Обобщенный (регенеративный) цикл Карно
- •6.3 Среднеинтегральная температура
- •6.4 Энтропийные уравнения
- •6.5 Изображение термодинамических процессов в t-s координатной системе
- •7.2 Диаграмма Эндрюса
- •7.3 Механизм парообразования
- •7.5 Процесс парообразования в р-V диаграмме. Виды пара
- •7.6 График парообразования в t-s диаграмме
- •7.7 Таблицы термодинамических свойств воды и пара
- •7.8 Теплота парообразования
- •7.9 Анализ параметров трех фаз парообразования. Критические
- •7.10 Измерения энтропии по трем фазам парообразования
- •7.11 Диаграмма I – s
- •7.12 Контрольные вопросы
- •8. Воздух
- •8.1 Влажный воздух
- •8.2 Диаграмма I – d для влажного воздуха
- •8.3 Контрольные вопросы
- •Техническая термодинамика
- •9. Циклы паросиловых установок
- •9.1 Паровой цикл Карно
- •9.2 Цикл Ренкина
- •9.3 Повышение
- •9.4 Цикл с двойным перегревом пара
- •9.5 Регенеративный цикл
- •9.6 Коэффициенты полезного действия
- •10. Циклы двигателей внутреннего сгорания
- •10.1 Цикл Отто (цикл быстрого горения с подводом теплоты при постоянном объеме)
- •10.2 Цикл Дизеля (цикл медленного горения, с подводом теплоты при постоянном давлении)
- •10.3 Цикл Тринклера (цикл со смешанным подводом теплоты)
- •10.4 Сравнение циклов двс
- •10.5 Контрольные вопросы
- •11. Циклы газотурбинных установок и реактивных двигателей
- •11.1 Газотурбинные установки. Общая характеристика
- •11.2 Цикл простейшей гту
- •11.3 Принцип работы реактивного двигателя
- •11.4 Способы повышения гту
- •11.5 Контрольные вопросы
- •12. Циклы холодильных установок
- •12.1 Холодильные установки морских судов
- •12.2 Циклы воздушных, пароэжекторных и абсорбционных холодильных установок
- •12.3 Контрольные вопросы
- •13. Компрессоры
- •13.1 Компрессоры
- •13.2 Определение работы ступени идеального компрессора
- •13.3 Цикл одноступенчатого компрессора
- •13.4 Контрольные вопросы
- •14. Истечение
- •14.1 Определение работы истечения газа или пара
- •Тогда работа против внешних сил при перем ещении составит p1v1 - p2 v2.
- •14.2 Определение скорости при истечении
- •14.3 Массовый секундный расход газа или пара при адиабатном расширении
- •14.4 Форма струи при адиабатном истечении газа и пара
- •14.6 Построение сопла для использовании полного теплоперепада (сопла переменного сечения – сопла Лаваля)
- •14.7 Истечение через короткое цилиндрическое сопло
- •14.8 Графики скорости, расхода и удельного объема
- •14.9 Изохорное истечение газа и пара
- •14.10 Адиабатное истечение с трением
- •14.11 Дросселирование (мятие) пара
- •14.12 Контрольные вопросы
- •Термодинаміка і теплотехніка
- •Навчальний посібник у двох частинах
- •Частина 1
- •Термодинаміка
5.7 Энтропия
Из
предыдущего материала следует, что
,
и что для конечного обратимого процесса
1-2
Так как изменение энтропии в круговом процессе равно нулю, энтропия является параметром состояния рабочего тела.
Важным свойством энтропии является то, что для рабочих тел она характеризует направление теплообменных процессов: Т всегда больше 0, поэтому, если ds > 0 , то dq > 0, т.е. тепло в процессе подводится извне и наоборот: если ds < 0 , то dq < 0, т.е. тепло отводится.
Можно рассуждать и наоборот: если dq > 0, то ds > 0, а если dq < 0, то ds < 0: подвод тепла всегда связан с ростом энтропии, а отвод – с ее уменьшением.
Для термодинамической системы s характеризует степень ее необратимости. Объясним это утверждение.
Если в элементарном необратимом процессе подводится или отводится dq, то общее количество тепла, участвующего в процессе, будет равно dq + dqн, где dqн – теплота необратимости (теплота трения), возникновение которой обусловлено нарушением внутреннего равновесия в РТ. Тогда изменение энтропии
или
.
(80)
или
для конечного процесса
s2
– s1
>
.
(81)
Энтропия изолированной системы, где происходят обратимые процес-
сы, не изменяется (для изолированной системы dq = 0, поэтому ds = 0).
Если же в изолированной системе происходят необратимые процессы,
то
(
=0
для обратимых процессов) ds
> 0.
Еще раз следует подчеркнуть, что в обратимых процессах теплообмен осуществляется при «нулевой» разности температур и процесс происходит бесконечно медленно. А это значит, что в любом реальном процессе, где теплообмен происходит при определенной разности температур ГИ и РТ, а также РТ и ХИ, энтропия растет, что вызывает уменьшение работоспособности системы.
5.8 Работоспособность (эксергия)
Максимально возможное количество полезной работы в цикле называется работоспособностью или эксергией теплоты.
Пусть имеется изолированная термодинамическая система, состоящая из минимум трех тел: ГИ, РТ и ХИ. У ГИ температура равна Т1, у РТ – Т1′, у ХИ – Т2. Так как процесс теплообмена реален (при конечной разности температур) температура ГИ снижается до Т = Т1′, т.е. после такого теплообмена максимальная температура будет равна не Т1, а Т1′ < Т1.
Тогда
для цикла Карно
=
.
Для
реального процесса Карно
.
Т1′
< T1,
и
′ <
.
Таким образом, потеря работоспособности равна изменению энтропии системы, умноженному на температуру ХИ (теплоприемника).
Ранее уже установлено, что при оценке тепловой энергии необходимо пользоваться как количественными, так и качественными ее характеристиками. Качество тепла и определяется его энтропией.
В обратимых процессах вся разность q1 – q2 переходит в работу, а в необратимых процессах часть тепла обесценивается. Поэтому s является мерой обратимости соответствующего термодинамического процесса.
Из
уравнения Гюи – Стодолы следует, что
энтропия – это количество неиспользованного
тепла, отнесенного к каждому градусу
неиспользованного
В заключение следует отметить, что в технической термодинамике интересуются не абсолютным значением s, а ее изменением. Поэтому безразлично, от какого состояния вести ее отсчет. Для газов условимся отсчитывать s от нормального состояния (р = 101332 Н/м2, Т = 273оК).