- •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
1.9 Первый закон термодинамики.
Первый закон термодинамики является частным случаем всеобщего закона сохранения энергии.
Теплота, подведенная к телу, расходуется на изменение внутренней энергии и на совершение работы против внешних сил.
(1.45)
Для удельных величин уравнение (1.34) запишется в виде:
(1.46)
Выражение (1.46) показывает, что без подвода и отвода тепла внешняя работа может совершаться только за счет изменения внутренней энергии системы .
Пользуясь выражением первого закона термодинамики, найдем формулу для вычисления изменения энтропии. По определению:
Согласно первого закона термодинамики: где ,
Тогда (1.47)
(1.48)
(1.49)
Данное выражение применимо для всех видов термодинамических процессов, так как энтропия зависит только от параметров состояния и следовательно сама является параметром состояния.
1.10 Исследование термодинамических процессов с идеальным газом.
Порядок исследования термодинамических процессов.
Записывается уравнение процесса в P-V координатах.
Выводятся соотношения между параметрами состояния рабочего тела.
Определяются изменения внутренней энергии, энтальпии и энтропии.
Вычисляется работа деформации газа в процессе.
Вычисляется количество теплоты, участвующей в процессе.
Процесс изображается на pV диаграммах.
Обратимый изобарный процесс идеального газа.
1. При изобарном процессе давление остается постоянным : p=const
Для проведения обратимого процесса требуется множество источников теплоты разной температуры.
2. Из уравнения состояния идеального газа при p=const находим: , (1.50)
Выражение (1.47) называется законом Гей-Люссака, в изобарном процессе объем газа меняется прямо пропорционально температуре.
3. Изменение удельной внутренней энергии определяется одинаково для всех процессов, так как является параметром состояния рабочего тела: (1.51)
Изменение энтальпии определяется выражением:
(1.52)
Изменение энтропии в изобарном процессе определяется из формулы (1.49):
(1.53)
4. Удельная работа расширения или сжатия газа:
(1.54)
Для M кг газа:
L = M·p(V2-V1)= MR(T2 –T1 ) (1.55)
5.Определим удельное количество теплоты участвующее в процессе:
(1.56)
Полная теплота процесса: (1.57)
6. Графически изобарный процесс в PV координатах изображается горизонтальной прямой (рис. 1.4): линия 1 – 2: изобарное расширение рабочего тела ( ), температура в процессе увеличивается, теплота подводится dq > 0, совершается положительная работа .Линия 1-2 : изобарное сжатие ( ), здесь температура уменьшается, тепло отводится , над системой совершается работа .
Рис. 1.4 - Процесс изменения состояния идеального газа при P = const на PV-диаграмме.
Обратимый изохорный процесс идеального газа.
1. В данном процессе объем газа остается постоянным: , а два других параметра изменяются:
2.Выразим соотношение между параметрами из уравнения состояния идеального газа:
(1.58)
Данное выражение называется Законом Шарля и определяет прямую пропорциональную зависимость между параметрами в изохорном процессе.
3. ,
(1.59)
В изохорном процессе работа не совершается, так как dV=0
(1.60)
Согласно пераого закона термодинамики ( ) поскольку , dq= dU (1.58)
т.е. подводимая или отводимая в процессе теплота идет только на изменение внутренней энергии рабочего тела.
5. (1.59) (1.60)
6. График процесса в координатах pV изображается в виде вертикальной прямой (рис. 1.5). Линия 1-2: при подводе теплоты увеличивается давление и температура: . Линия 1-2 при отводе теплоты ( ) уменьшаются температура и давление
Рис. 1.5 - Процесс изменения состояния идеального газа при V=const на PV- диаграмме.