Пример:
TA>TB
QA=QB; Определить изменение энтропии
,
следовательно
В теплоизолированной системе энтропия системы может увеличиваться или оставаться постоянной, но никогда не уменьшаться.
Работоспособность и энергетические потери.
Работоспособность – количество работы, которую можно подсчитать при заданных источниках тепла.
1 – 2 – производится тепло.
Из предыдущих рассуждениях получаем что механическая работа получается при холодном источнике окружающей среда Tокр.
При адиабатном сжатии и расширении: цикл 1-2-3-4.
Р – работоспособность
Расчет энергетических потерь.
Это есть потери полезной работы вследствие необратимых явлений.
Оцениваются они:
П – потери
работоспособности.
Для расчета используется свойство роста энтропии.
Пусть энергетические потери обусловлены только трением газа при расширении. Трение происходит как у поверхности, так и внутри; вследствие разности скоростей отдельных струек. Трение – явно необратимое явление, т.к. тепла, затраченного на трение недостаточно в силу II закона термодинамики для получение работы, затраченной на трение. ( t<1). Особенно значим этот вопрос (о трении газа) в реактивной техники, где большие скорости.
1-2 – обратимый подвод тепла;
2-3 – обратимое адиабатное расширение;
3-4 – обратимый отвод тепла при Tокр среды;
4-1 – обратимое адиабатное сжатие.
Рассмотрим, как повлияет трение в процессе 2-3. Энтропия увеличивается, по сравнению с обратимым расширением. Условно обозначим пунктиром 3` - конец расширения.
Работоспособность при обратимом процессе:
,
но
Докажем, что
выражает изменение энтропии всей системы
за цикл, т.е.
- уменьшение
энтропии горячего источника тепла
- увеличение
энтропии холодного источника тепла
- изменение энтропии
рабочего тела за цикл
Следовательно:
(т.к.
)
итак
Потери работоспособности подсчитываются как произведение наименьшей температуры системы на увеличение энтропии системы.
Изменение энтропии не только мера необратимости процесса, но и величина, позволяющая рассчитать энергетические потери.
Энтропия – параметр состояние или физическое свойство вещества. Это свойство заключается в способности системы рассеивать тепловую энергию, не давая ей превращаться в работу. Энтропию нельзя измерить, т.к. пока не созданы приборы, но ее можно рассчитать по другим параметрам состояния. Энтропия имеет размерность теплоемкости, но другой физический смысл.
- показывает
количество тепла, которое рассеяно
системой, приходящееся на 1.
Реальные газы.
Наибольшее распространение получили СО2 , NH3 , H2O , пары других жидкостей – все они не подходят под определение идеальные газы. При расчете чаще пользуются таблицами и диаграммами.
Рассмотрим уравнение состояния для реальных газов:
Уравнение Ван-дер-Ваальса.
a и b – const для каждого вещества; определяются опытным путем.
Если
;
,
то
- уравнение Менделеева – Клапейрона.
b – поправка к удельному объему, учитывающая конечные размеры молекул в газе.
- учитывает силы
притяжения между молекулами, которые
действуют в ?????? давлении, что и внешнее.
Это уравнение широко используется для качественного исследования рабочих тел.
Водяной пар.
Одно из самых распространенных рабочих тел. Применяется во многих целях. Широко распространен, безвреден, обладает приличными термодинамическими свойствами.
Рассмотрим парообразование при постоянном давлении.
За начальные
параметры примется:
,
.
Разделим процесс на 3 стадии:
1 стадия – А0– А` - нагревание воды до кипения (доtн).V` - удельный объем кипящей воды.
т.к. процесс при
P=const, то
,
откуда
;
.
2 стадия – A`
-A`` - кипение жидкости
(
),
поэтому линия кипенияA`
-A`` горизонтальная.
В результате подвода и отвода тепла увеличивается количество пара и уменьшается количество воды.
A`` - характеризует состояние сухого пара.
R– Теплота парообразования.
Т.к.
V`` - удельный объем сухого насыщенного пара.
На T–Sдиаграмме отметим:
.
Точки A` - A``. Например:A`xхарактеризует состояние влажности пара содержащего капельки жидкости. Влажный пар характеризуется степенью сухостиx=qпара.
для влажного пара
- объем влажного
пара
В технических
расчетах часто считают
(при невысоких давлениях до 40 ат.).
3 стадия – A`` -A– осуществляется не в котлах, а в устройствах – пароперегревателях.
V– удельный объем перегретого пара.
Для более высокого давления.
Соединим на диаграммах сходственные точки и получим 3 линии.
1 – характеризует состояние воды при 0С и при различных Р. Давление на диаграммеT–Sпревратится в точкуA0.
2 – характеризует состояние кипящей воды; степень сухости Х=0 – нижняя пограничная кривая.
3 – характеризует состояние сухого пара; Х=1 – верхняя пограничная кривая.
К – критическая точка - соединение линий 2 и 3 состояние здесь критическое.
Для воды:
Таблицы и диаграммы для водяного пара.
Таблицы:
Для кипящей воды и сухого насыщенного пара параметры определяются по TилиP.
Все параметры кипящей воды ( ` ); сухого насыщенного пара ( `` ).
Для перегретого пара параметры определяются двумя: Pиt.
Диаграммы P–VиT–Sиспользуются в исследовательских целях.
При Х=0 критической точке расчеты не производятся. Ниже кривой Х=0 – влажный пар.
Рассмотрим адиабатный процесс расширения
- адиабатный или
??? ??????
Величина технических работ.
Течение газов и паров.
Роль течений возросла с развитием турбинных и реактивных двигателей. Теория течения базируется на термо- и аэродинамике. Все устройства, в которых происходят течения, ???
Сопла
Диффузоры
Основные уравнения течения.
уравнение неразрывности потока (сплошности).
- массовый расход;
установившийся режим течения.
(1)
уравнение энергии.
Течение газов и
паров считается адиабатным. Если нет
рабочих органов в аппарате, то
работа равна располагаемой работе:
(2).
В любом течении сумма кинетической энергии и энтальпии потока одинаков и равна полной энергии:
(3).
Из (3) следует:
в сопле давление уменьшается
в диффузоре давление увеличивается.
Адиабатное течение в сопле.
Увеличение скорости за счет уменьшения давления. Истечение из большого резервуара.
