- •5. Теплопередача……………………………………………………………………..138
- •I. Техническая термодинамика
- •1. Предмет и метод технической термодинамики
- •2. Основные определения. Термодинамическая система
- •3. Термические параметры состояния
- •3.1. Связь между термическими параметрами (уравнение состояния)
- •5. Термодинамический процесс и его энергетические
- •5.1. Аналитическое выражение для работы и теплоты процесса.
- •5.1.1. Работа изменения объема. Pv-диаграмма
- •5.2. Полезная внешняя (техническая) работа. Энтальпия
- •5.3. Вычисление количества теплоты.
- •5.4. Теплоемкость - основные понятия и определения
- •5.4.1. Теплоёмкости при постоянном объёме и давлении
- •6. Первый закон термодинамики
- •6.1. Термодинамические процессы с идеальным газом.
- •7. Компрессоры
- •7.1. Рабочий процесс поршневого компрессора
- •8. Второй закон термодинамики
- •8.1. Сущность и формулировки второго закона термодинамики
- •8.2. Обратимые и необратимые процессы
- •8.3. Круговые термодинамические процессы или циклы
- •8.4. Термический коэффициент полезного действия
- •8.5. Аналитическое выражение второго закона термодинамики.
- •8.6. Изменение энтропии в обратимых и необратимых процессах
- •9.1. Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания
- •9.2. Циклы газотурбинных установок
- •9.3. Циклы паротурбинных установок
- •9.3.1. Циклы Карно и Ренкина насыщенного пара.
- •9.3.2. Цикл Ренкина на перегретом паре
- •9.3.3. Общая характеристика холодильных установок
- •10. Водяной пар
- •10.1. Основные понятия и определения
- •10.3. Основные процессы с водяным паром
- •10.4. Определение параметров воды и водяного пара
- •11. Влажный воздух
- •II.Теплопередача.
- •1. Виды теплообмена.
- •2. Теплопроводность
- •2.1. Основной закон теплопроводности
- •2.2. Теплопроводность плоской стенки
- •2.3. Теплопроводность цилиндрической стенки
- •2.4. Теплопроводность шаровой стенки
- •3. Конвективный теплообмен
- •3.1. Уравнение теплоотдачи
- •3.2. Основы теории подобия
- •3.3. Теплообмен при ламинарном течении жидкости в трубах
- •3.4. Теплообмен при турбулентном движении жидкости в трубах
- •3.5. Теплоотдача при внешнем обтекании пучков труб
- •3.6. Теплоотдача при свободном движении теплоносителя
- •4. Лучистый теплообмен
- •4.1. Основные определения
- •4.2. Теплообмен излучением системы тел в прозрачной среде
- •4.3. Перенос лучистой энергии в поглощающей и излучающей среде
- •5. Теплопередача
- •5.1. Плоская стенка
- •5.2. Цилиндрическая стенка
- •5.3. Интенсификация теплопередачи
- •5.4. Тепловая изоляция
- •6. Основы теплового расчета теплообменных аппаратов
- •6.1. Типы теплообменных аппаратов
- •6.2. Рекуперативные аппараты
- •6.3. Теплообменные регенеративные и смесительные аппараты
- •III. Основы теории массообмена
- •1. Основные определения и понятия
- •2. Основы массопередачи в системах со свободной
- •2.1. Молекулярная диффузия
- •2.2. Конвекция и массоотдача
- •3. Абсорбция
- •4. Перегонка жидкостей
- •4.1. Простая перегонка
- •5. Жидкая экстракция
- •5.1. Экстрактивная и азеотропная ректификация
- •6. Адсорбция и ионный обмен
- •6.1. Основные промышленные адсорбенты и их свойства
- •6.2. Устройство и принцип действия адсорберов
- •6.3. Десорбция
- •7. Ионный обмен
- •8. Сушка
- •8.1. Основные характеристики сушки
- •8.2. Кинетика процесса сушки
- •9. Кристаллизация
5.1. Аналитическое выражение для работы и теплоты процесса.
Теплоемкость.
5.1.1. Работа изменения объема. Pv-диаграмма
Одной из важнейших характеристик термодинамического процесса является работа, совершаемая рабочим телом в этом процессе. Пусть в цилиндре под поршнем находится газ, давление которого равно p. Если площадь поршня равна F и под действием давления поршень перемещается на расстояние dh, то полная работа, совершаемая газом, составит . Заменяя произведение Fdh приращением объема газа dV, получим выражение для элементарной работы изменения объема газа:
или . (5.1)
а для конечного процесса, в котором объем изменяется от v1 до v2, общее выражение для термодинамической работы примет вид
(5.2)
В общем случае давление р - величина переменная, зависящая от v. Для вычисления интеграла должна быть известна зависимость между р и v в данном процессе, т.е. уравнение процесса р = f(v). Графически эта зависимость может быть изображена в р-V-координатах в общем случае кривой 1-2 (рис. 5.1). На ней точками 1 и 2 изображены начальное и конечное состояния газа, а линия 1-2 изображает процесс. В соответствии с уравнением (5.2) заштрихованный прямоугольник дает элементарную работу изменения объема. Тогда конечная работа изменения объема в pv - диаграмме изображается графически площадью, заключенной между линией процесса, осью абсцисс и крайними ординатами. Из формулы (5.2) вытекает следующее правило знаков для работы изменения объема: если в результате процесса объем системы увеличивается (в pv - диаграмме процесс направлен вправо), то работа процесса положительна (dl>0).
Очевидно, величина работы будет зависеть от характера кривой процесса и изображается в р-V-координатах площадью, ограниченной кривой процесса, двумя ординатами и осью абсцисс, т. е.
На рис. 5.2 изображен круговой процесс. Складывая графически площади, соответствующие величинам работы процессов 1a2 и 2в1, получим площадь, ограниченную линией процесса. Отсюда следует, что в pv - диаграмме работа кругового процесса (цикла) lц изображается площадью, заключенной внутри линии процесса. Если круговой процесс идет по часовой стрелке, то его работа положительна. Именно такой процесс должен быть осуществлен с рабочим телом в тепловом двигателе для непрерывного получения работы за счет теплоты.
Для кругового процесса выражение первого закона термодинамики в интегральной форме запишется как
. (5.3)
Так как изменение внутренней энергии термодинамической системы не зависит от характера процесса и полностью определяется её начальным и конечным состояниями, то . Следовательно, все количество теплоты, подведенное к термодинамической системе или отведенное от нее в таком процессе, полностью расходуется на совершение системой внешней работы
, (5.4)
то есть в круговом термодинамическом процессе теплота и работа взаимно превращаются в эквивалентных количествах. Если бы оказалось, что , то можно было бы осуществить вечный двигатель первого рода — двигатель, который совершал бы работу без затраты энергии.
Рис.5.1. PV- диаграмма Рис. 5.2. Изображение цикла в PV- диаграмме
Таким образом, первый закон термодинамики, указывая на эквивалентность между теплотой и работой, свидетельствует о невозможности создания такой машины, которая бы производила работу, не затрачивая никакой энергии.