- •Міністерство освіти і науки україни
- •Ідентифікація модуля «Теплотехніка»
- •6. Викладацький склад:
- •7. Тривалість:
- •8. Форми та методи навчання:
- •1.1. Основні поняття і вихідні положення технічної термодинаміки
- •1.2. Газові суміші
- •1.3. Теплоємність ідеальних газів
- •1.4. Перший закон термодинаміки
- •1.5. Термодинамічні процеси ідеальних газів
- •1.6. Реальні гази (пари)
- •1.7. Вологе повітря
- •1.8. Термодинаміка потоку робочого тіла
- •1.9. Другий закон термодинаміки
- •1.10. Цикли і робочий процес теплових машин
- •2.1. Основні поняття та визначення
- •2.2. Теплопровідність
- •2.3. Конвективний теплообмін
- •2.4. Теплообмін випромінюванням
- •2.5. Теплопередача. Основи розрахунку теплообмінних апаратів
- •Устаткування
- •3.1. Паливо. Основи процесу горіння
- •3.2. Котельне устаткування
- •3.3. Ядерне паровироблювальне устатковання (япву)
- •4. Методичні вказівки до виконання контрольної роботи
- •Контрольна робота Змістовий модуль 1. “Технічна термодинаміка”
- •Змістовий модуль 2. “Теорія теплообміну”
- •Екзаменаційні питання
- •Теплотехніка
- •(З програмою)
- •83023, М. Донецьк, вул. Харитонова, 10. Тел.: (062) 97-60-45
1.4. Перший закон термодинаміки
Програма.
Закон збереження і перетворення енергії. Калоричні параметри. Внутрішня енергія. Ентальпія і ентропія як функція стану тіла. Теплота і робота як функція процесу. Вираз теплоти і роботи через термодинамічні параметри стану. Робоча (p - v) і теплова (T - S) діаграми. Графічне зображення роботи і теплоти.
Перший закон термодинаміки, його суттєвість і формулювання. Дві форми аналітичного виразу першого закону термодинаміки.
Методичні вказівки. Калоричні параметри характеризують тепловий (енергетичний) стан тіла або системи. Внутрішня енергія u - це енергія хаотичного руху молекул тіла. Ентальпія i включає в себе енергію руху молекул і роботу, яку вчиняє газ об’ємом v при внесенні його в середовище з тиском р (i = u + pv). Ентропія s характеризує міру теплової взаємодії тіла з довкіллям. Вона змінюється тільки тоді, коли відбувається теплообмін.
При вивченні даної теми студент повинен зрозуміти, що, незважаючи на те, що робота і теплота - два різних способи передачі енергії, загальна їх властивість - передача енергії може відбуватися тільки під час процесу - при змінюванні параметрів стану робочого тіла. При цьому повинна бути умова протікання процесу (рушійна сила) і його результат - зміна характерної для цього процесу властивості.
Так, щоб відбувався теплообмін, потрібні тіла з різною температурою, тобто температура (Т) є потенціалом, рушійною силою теплообміну; щоб вчинялася робота, потрібний силовий вплив, що виникає при різниці тиску, тобто тиск (р) є потенціалом, рушійною силою механічної дії - роботи.
В наслідок силової взаємодії відбувається змінення об’єму - тіло вчиняє роботу l = p v . В наслідок теплової взаємодії відбувається змінення ентропії тіла - передається теплота q = T s .
pT
2
1
2
1
l q
v s
Площа, яка обмежена лінією процесу, осю v і ординатами, опущеними на неї з точок 1 і 2, є графічне зображення роботи в координатах p - v. Площа, яка обмежена лінією процесу, осю s і ординатами, опущеними на неї з точок 1 і 2, є графічне зображення теплоти в координатах T - s. Відповідно діаграма p - v отримала назву робочої, а діаграма T - s - теплової.
Дві форми аналітичного виразу першого закону термодинаміки:
1) q = u + pv ; 2) q = i vp . (5)
Література: Л. 1, з. 16-30, 46-48; Л. 2, з. 29-33, 37-43.
1.5. Термодинамічні процеси ідеальних газів
Програма.
Класифікація термодинамічних процесів змінювання стану робочих тіл. Загальна схема дослідження термодинамічних процесів. Аналітичне дослідження ізохорного, ізобарного, ізотермічного, адіабатного і політропного процесів, їхнє графічне зображення в p - v і T - s діаграмах.
Методичні вказівки. Матеріал цієї теми є основою для засвоєння і розуміння особливостей роботи різноманітних теплових машин. Загальна схема дослідження термодинамічних процесів складається з 6 етапів: 1 - запис (виведення) рівняння процесу, 2 - характер змінювання основних параметрів робочого тіла, 3 - аналіз особливостей енергообміну в процесі, 4 - визначення теплоти і роботи змінювання об’єму робочого тіла, 5 - визначення величини зміни калоричних параметрів робочого тіла, 6 - графічне зображення процесу в робочій і тепловій діаграмах. Для успішного засвоєння цієї теми необхідно пам'ятати про загальні і особливі моменти в аналітичних залежностях показників процесів. Деякі з них:
рівняння процесу записується через основні або калоричні параметри стану робочого тіла;
змінювання основних параметрів визначається із незмінності рівняння стану для усякої (початкової і кінцевої) точки процесу;
виходячи з рівняння першого закону термодинаміки q = u + l , можливі чотири особливості енергообміну - коли є усі три складники цього закону і коли будь-яке з трьох дорівнює нулю;
питома теплота процесу q визначається через добуток теплоємності робочого тіла в цьому процесі на різницю (змінення) температури qi = ci T ;
змінювання питомої внутрішньої енергії і ентальпії робочого тіла не залежить від характеру процеса і в будь-якому процесі визначається за формулами u = cv T , i = cp T ;
змінювання питомої ентропії робочого тіла в процесі (за винятком ізотермічного процесу) визначається як добуток теплоємності в цьому процесі на різницю натуральних логарифмів (логарифм відношення) кінцевої і початкової температури s = ci ln (T2 /T1).
Література: Л. 1, с. 31-39; Л. 2, с. 43-54.