- •Содержание
- •Введение
- •Требования к выполнению домашнего задания по расчету термодинамических циклов тепловых двигателей
- •Основные понятия и расчетные соотношения
- •Первое начало термодинамики
- •Термодинамические процессы изменения состояния
- •Круговые процессы (циклы)
- •Второе начало термодинамики
- •Термодинамические циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания
- •Термодинамические циклы газотурбинных установок
- •Пример расчета термодинамического цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания
- •Пример расчета термодинамического цикла газотурбинной установки
- •Контрольные вопросы
- •Литература
Первое начало термодинамики
Первое начало термодинамики является математическим выражением закона сохранения и превращения энергии.
Первое начало термодинамики по балансу рабочего тела для 1 простого тела записывается следующим образом:
, (8)
где – удельный приведенный термодинамический теплообмен; – количество теплоты, подведенное к 1 кг системы извне; – удельное количество теплоты внутреннего теплообмена в процессе 1-2, ; – изменения удельной внутренней энергии и удельной энтальпии газа, ; – удельная термодинамическая и потенциальная работы в обратимых процессах, ; ; – удельная внешняя термодинамическая работа, – удельная термодинамическая работа необратимых потерь.
Внутренняя энергия, энтальпия и энтропия 1 идеального газа в j-м состоянии согласно закону Джоуля находятся по следующим соотношениям:
; (9)
; (10)
, (11)
где , – вторые средние изобарная и изохорная теплоемкости, ; ; .
Термодинамические процессы изменения состояния
Любое изменение термодинамического состояния системы называется термодинамическим процессом.
Большинство термодинамических процессов изменения состояния простых тел описывается уравнением политропы с постоянным показателем
, (12)
где n – показатель политропы, в общем случае изменяющийся в пределах .
Термодинамическая и потенциальная работы 1 газа определяются в координатах как площади между кривой процесса и соответствующими координатами (рис. 1).
Рис. 1. Политропический процесс
Удельные термодинамическая и потенциальная работы в политропических процессах можно рассчитать по следующим соотношениям:
; (13)
, (14)
где – характеристика расширения или сжатия,
. (15)
Характеристика расширения или сжатия для идеальных газов может быть определена по формуле
. (15.а)
Количество теплоты, подводимое или отводимое от 1 кг идеального газа в политропном процессе, может быть рассчитано по следующему соотношению:
. (16)
Расчетные соотношения для определения удельных значений термодинамической и потенциальной работ и теплообмена в простейших процессах имеют следующий вид:
– изобарный процесс ( )
, (17)
, (18)
; (19)
– изохорный процесс ( )
, (20)
, (21)
; (22)
– изопотенциальный процесс (для идеального газа – изотермический процесс) ( )
; (23)
– адиабатный процесс ( )
, (24)
. (25)
Внутренняя энергия, энтальпия и энтропия являются функциями состояния. В связи с этим, изменение их значений в процессе будет определяться как разность конечного ( ) и начального ( ) значений
, (26)
где z – функция состояния ( ).