14. Для чего предназначен поршневой компрессор? Нарисуйте кинематическую схему одноступенчатого поршневого компрессора и его индикаторную диаграмму.

Компрессором называется устройство, предназна­ченное для сжатия газов.

Кинематическая схема и индикаторная диаграмма идеаль­ного поршневого компрессора.

Поршневой компрессор состоит из всасывающего трубопровода 1, клапана линии всасывания 2, клапана линии нагнетания 3, линии нагнетания 4, цилиндра 5 и поршня 6.

Принцип действия поршневого компрессора: при движении поршня слева направо давление в цилиндре становится меньше давления р₁ и под дей­ствием разности этих давлений от­крывается всасывающий клапан. Цилиндр заполняется газом. При обратном движении поршня всасывающий клапан закрывается, и газ сжимается. Дав­ление в цилиндре увеличивается до тех пор, пока не станет больше р₂. Под действием разности этих давле­ний открывается нагнетательный клапан, и газ выталкивается порш­нем в сеть. Затем нагнетательный клапан закрывается, и все процессы повторяются.

15. Приведите формулировку второго закона термодинамики. Поясните состав тепловой машины.

Второй закон термодинамики характеризует качественную сторону термодинамических процессов.

Теплота передается самопроизвольно (без совершения работы) от нагретого тела к холодного и за счет совершения работы от холодного тела к нагретому.

Тепловая машина предназначена для преобразования энергии тепловой топлива в механическую энергию.

Все тепловые машины долж­ны иметь горячий источник теплоты, рабочее тело, совершающее замкнутый круговой процесс - цикл, и хо­лодный источник теплоты.

В существующих тепловых машинах горячими источниками служат химические ре­акции сжигания топлива или внутриядерные реакции, а в качестве холодного источника используется окружающая среда - атмосфера. В качестве рабочих тел применяются газы.

Термодинамическая схема тепло­вого двигателя.

16. Дайте определение цикла. Охарактеризуйте прямой и обратный циклы.

Циклами, или круговыми про­цессами, называются процессы, в результате которых рабо­чее тело возвращается в свое начальное состояние.

Циклы в различных системах координат изобража­ются замкнутыми линиями. Циклы бывают прямыми и об­ратными.

Прямыми циклами называются циклы, в которых теплота превращается в работу; в них линия расширения располагается над линией сжатия (рис. а). Прямыми циклами работают тепловые машины (паровые, двигатели внутреннего сгорания, газотурбинные установки, реактив­ные двигатели и т. п.).

Обратными циклами называются циклы, на осуществление которых расходуется работа; в них линия расширения лежит под линией сжатия (рис. б). Обратными циклами работают, например, хо­лодильные и теплонасосные установки.

а) б)

Прямой и обратный циклы.

17. Нарисуйте кривую образования пара в р,V-координатах и поясните процесс получения пара.

Рассматриваем нагрев воды в цилиндре при постоянном давлении.

Начальное состояние воды показано точкой a₀. При подво­де теплоты к воде ее температура постепенно повышается до тех пор, пока не достигнет температуры кипения, соответствующей данному давлению. Состояние жидкости, доведенной до температуры кипе­ния, показано точкой а^/. При дальнейшем подводе тепло­ты начинается кипение воды. В цилиндре находится двухфазная среда - смесь воды и пара, назы­ваемая влажным насыщенным паром. По мере подвода теплоты количество жидкой фазы уменьшается, а паровой - растет. В некоторый мо­мент времени последняя капля воды превращается в пар, и цилиндр ока­зывается заполненным только па­ром, который называется сухим насыщенным. Состояние его изображается точкой а^//.

Массовая доля сухо­го насыщенного пара во влажном называется степенью сухости пара и обозначается буквой х.

При сообщении сухому пару теплоты при том же давлении его температура будет увеличиваться, пар будет перегреваться.

Опыты повторяют при большем давлении и соединяют точки начала и завершения кипения. На вершине полученной кривой парообразования находится критическая точка – К.

Критическая температура - это максимально возможная темпера­тура сосуществования жидкости и насыщенного пара. При температу­рах, больших критической, возмож­но существование только перегрето­го пара.

Процесс получения водяного пара в р,v-координатах

I – жидкость, II – влажный насыщенный пар, III – перегретый пар.