- •Техническая тЕрмодинамика
- •Содержание
- •Введение
- •Основные понятия и определения
- •Предмет технической термодинамики и ее методы
- •Рабочее тело. Основные параметры состояния.
- •Термодинамическая система и окружающая среда.
- •Уравнение состояния
- •Термодинамический процесс. VP-диаграмма и термодинамические процессы в ней /равновесные и неравновесные, обратимые и необратимые, круговой процесс/.
- •Теплота и работа как формы передачи энергии.
- •Идеальные и реальные газы
- •2.1 Определения и основные законы идеальных газов.
- •Уравнение состояния идеальных газов. Газовая постоянная.
- •Газовая постоянная одного килограмма газа:
- •Смеси идеальных газов
- •Основные определения. Способы задания газовых смесей
- •Вычисление параметров состояния смеси
- •Реальные газы
- •Первый закон термодинамики
- •Сущность первого закона термодинамики
- •Основные формулировки 1 закона
- •3.2 Внутренняя энергия. Аналитическое выражение 1 закона термодинамики.
- •3.3 Энтальпия. Энтропия.
- •4 Теплоемкость газов
- •4.1 Основные определения. Массовая, объемная и молярная теплоемкости
- •4.2 Теплоемкость при постоянном давлении и при постоянном объеме. Уравнение Майера.
- •Теплоемкость смеси газов
- •Основные термодинамические процессы идеальных газов.
- •Общие принципы исследования термодинамических процессов.
- •Вычисление энтропии идеального газа.
- •Изохорный процесс
- •Изобарный процесс
- •Изотермический процесс
- •Адиабатный процесс
- •Политропный процесс
- •6. Второй закон термодинамики
- •Термодинамические циклы тепловых машин. Прямые и обратные циклы, обратимые и необратимые
- •Термический кпд и холодильный коэффициент циклов
- •Прямой и обратный циклы Карно и их свойства
- •Прямой цикл Карно
- •Обратный цикл Карно
- •Аналитическое выражение iIзакона термодинамики.
- •Определение термического кпд цикла через среднеинтегральные температуры.
- •Методы сравнения термических кпд обратимых циклов
- •Обобщенный цикл Карно
- •Водяной пар
- •Фазовые переходы веществ
- •Диаграммы воды и водяного пара в vPиvTкоордината. Пограничные кривые. Критические точки
- •7.3 Определение параметров состояния воды и водяного пара
- •Основные параметры сухого насыщенного пара
- •Основные параметры перегретого пара
- •Основные параметры влажного насыщенного пара
- •Диаграмма sTдля водяного пара
- •7.8 Термодинамические процессы изменения состояния водяного пара
- •7.8.1.1Изохорный процесс
- •Изобарный процесс
- •Изотермический процесс
- •7.8.4Адиабатный процесс
- •8.Влажный воздух
- •Основные понятия и определения
- •Расчет основных параметров влажного воздуха
- •Течение газов
- •Уравнения движения
- •Уравнение первого закона термодинамики для потока газа
- •Располагаемая работа газа в потоке
- •Уравнение неразрывности
- •Скорость истечения
- •Секундный расход идеального газа через сопло
- •Истечение газа из сосуда неограниченной емкости
- •Основные условия течения идеального газа по каналам переменного сечения
- •Сопло Лаваля
- •При дозвуковом и сверхзвуковом течении
- •Истечение газов и паров с учетом трения
- •Дросселирование газов и паров
- •Дросселирование водяного пара
- •Компрессоры
- •Классификация и принципы действия компрессоров
- •Одноступенчатый поршневой компрессор
- •Ротационный (пластинчатый) компрессор
- •10.1.3 Центробежный компрессор
- •Компрессора
- •10.2 Теоретическая индикаторная диаграмма поршневого компрессора
- •Компрессора
- •10.3 Влияние процесса сжатия на величину работы одноступенчатого компрессора
- •В компрессоре в зависимости от способа сжатия:
- •Действительная индикаторная диаграмма компрессора
- •Многоступенчатое сжатие
- •Охлаждением рабочего тела
- •Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания (двс)
- •1Цикл двс с подводом теплоты при постоянном объеме (цикл Отто)
- •Теплоты при постоянном объеме:
- •С подводом теплоты при и
- •11.2 Цикл двс с подводом теплоты при постоянном давлении (цикл Дизеля)
- •С подводом теплоты при постоянном давлении:
- •Цикл со смешанным подводом теплоты (цикл Тринклера)
- •Сравнение циклов двс
- •Сравнение циклов поршневых двс с подводом теплоты при и
- •При одинаковой степени сжатия
- •С различной степенью сжатия .
- •При и регенерацией теплоты:
- •Циклы паросиловых установок
- •Обратные термодинамические циклы
- •14.1 Цикл воздушной холодильной установки
- •14.2 Цикл парокомпрессорной холодильной установки
- •Список использованной и рекомендуемой литературы
10.2 Теоретическая индикаторная диаграмма поршневого компрессора
Рис. 10.4. Теоретическая индикаторная диаграмма одноступенчатого
Компрессора
Точка 1 на диаграмме (рис.10.4) соответствует положению поршня в цилиндре компрессора (см. раздел 10.1.1), когда весь цилиндр заполнен газом низкого давления. Объем газа при этом равен . Кривая 1-2 соответствует процессу сжатия газа в компрессоре от давлениядо давления. При закрытых всасывающем и нагнетательном клапанах. В точке 2 процесс сжатия заканчивается. Точка 2 соответствует моменту открытия нагнетательного клапана. Горизонтальная прямая 2-3- линия нагнетания, соответствует процессу выталкивания газа из цилиндра в резервуар высокого давления. Точка 4 соответствует открытию всасывающего клапана, а прямая 4-1 изображает процесс наполнения цилиндра газом из резервуара низкого давления(прямая всасывания).
Линии всасывания 4-1 и нагнетания 2-3 не изображают термодинамических процессов, так как параметры состояния рабочего тела в них остаются неизменными.
Работа , затраченная на сжатие 1 кг воздуха в процессе 1-2:
. (10.1)
Величина работы всегда отрицательна, так как работа совершается над газом.
Из рис. 10.1 видно, что работа , затраченная на сжатие 1 кг газа в одноступенчатом компрессоре, графически изображается пл. 12341 и определяется по формуле:
. (10.2)
Т.к. , то. Подставив последнее выражение в (10.2), имеем:
. (10.3)
10.3 Влияние процесса сжатия на величину работы одноступенчатого компрессора
Процесс сжатия газа в компрессоре (рис. 10.5) в зависимости от условий теплообмена между рабочим телом и стенками цилиндра может осуществляться по адиабате 1-2( n=k), изотерме 1-2 (n= 1) или политропе 1-2 (nk), 1-2( nk).
| |
a |
б |
Рис. 10.5. Теоретическая индикаторная диаграмма получения сжатого газа
В компрессоре в зависимости от способа сжатия:
а- в vP – диаграмме; б - в sT – диаграмме.
Т.к. пл.1234пл.1234пл.1234, то , то есть изотермический процесс сжатия является наиболее выгодным с точки зрения затраты работы.
Выражение (10.1), в зависимости от характера процесса сжатия, принимает следующие значения:
Изотермическое сжатие
. (10.4)
Адиабатное сжатие
. (10.5)
Политропное сжатие
. (10.6)
Полная работа одноступенчатого компрессора (выражение 10.3) определяется следующим образом.
Изотермическое сжатие
. (10.7)
Количество теплоты, отводимое от 1 кг идеального газа в процессе сжатия:
.
Адиабатное сжатие
(10.8)
Т.е., работа на привод компрессора в раз больше работы адиабатного сжатия.
Уравнение (10.7) можно представить в другом виде. Работа сжатия в адиабатном процессе:
. Тогда, согласно уравнению 10.2, имеем:
. (10.9)
При адиабатном сжатии работа на привод компрессора по абсолютной величине равна разности энтальпий в конце и в начале процесса сжатия. Уравнение (10.9) справедливо как для реального, так и идеального газов.
Политропное сжатие
Количество теплоты, отводимое от 1 кг идеального газа в процессе политропного сжатия, можно определить по уравнению: .
(10.10)
Действительная индикаторная диаграмма компрессора
Действительная индикаторная диаграмма компрессора (рис. 10.6) отличается от теоретической. Это отличие обусловлено потерями на дросселирование во впускном и нагнетательном клапанах и наличием вредного пространства.
Вследствие сопротивления, оказываемого впускным и нагнетательным клапанами проходящему газу, всасывание происходит при давлении газа в цилиндре, меньшем, чем давление среды, из которой происходит всасывание, а нагнетание происходит при давлении большем, чем давление в нагнетательном патрубке.
Рис. 10.6. Действительная индикаторная диаграмма компрессора
В реальном компрессоре между поршнем, находящемся в крайнем верхнем положении, и крышкой цилиндра с клапанами всегда должен быть зазор, которому соответствует некоторый объем , называемыйвредным пространством. Вследствие этого в процессе 2-3 (рис. 10.6) не весь газ выталкивается из цилиндра, а оставшаяся часть его, сжатая во вредном объеме , при движении поршня в обратном направлении расширяется по линии 3-4. При этом всасывание воздуха в компрессор начинается в т. 4. Поскольку при ходе всасывания часть рабочего объема заполняется расширяющимся газом вредного пространства, полезный рабочий объем цилиндрауменьшается до действительного объема всасывания. В связи с этим вводят понятие объемного КПД компрессора, учитывающего влияние вредного объема на производительность компрессора:0,75…0,9.
В предельном случае линия нагнетания 2-3 превращается в точку и всасывание газа в цилиндр прекращается. Поршень работающего компрессора периодически сжимает одно и то же количество газа без нагнетания, то есть производительность компрессора равна нулю.