Термодинамические процессы идеальных газов в закрытых системах. Основные закономерности течения газа в соплах и диффузорах. Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных установок. Теплоотдача при естественной конвекции и конденсации.
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образованияЛекция 9. Основы теории теплообмена Лекция 10. Лекция 11. Конвективный теплообмен. Лекция 12.Термодинамическая система представляет собой совокупность материальных тел, находящихся в механическом и тепловом взаимодействиях друг с другом и с окружающими систему внешними телами ("внешней средой"). Тела, не входящие в систему, называют окружающей средой. Систему отделяют от окружающей среды контрольной поверхностью (оболочкой). При механическом взаимодействии самой системой или над системой совершается работа. (В общем случае на систему могут действовать также электрические, магнитные и другие силы, под воздействием которых система будет совершать работу.Свойства каждой системы характеризуются рядом величин, которые принято называть термодинамическими параметрами. Рассмотрим некоторые из них, используя при этом известные из курса физики молекулярно-кинетические представления об идеальном газе как о совокупности молекул, которые имеют исчезающе малые размеры, находятся в беспорядочном тепловом движении и взаимодействуют друг с другом лишь при соударениях. Давление обусловлено взаимодействием молекул рабочего тела с поверхностью и численно равно силе, действующей на единицу площади поверхности тела по нормали к последней. Жидкостные и пружинные манометры измеряют избыточное давление, представляющее собой разность между полным или абсолютным давлением р измеряемой среды и атмосферным давлением ратм, т.е. Понятие о температуре вытекает из следующего утверждения: если две системы находятся в тепловом контакте, то в случае неравенства их температур они будут обмениваться теплотой друг с другом, если же их температуры равны, то теплообмена не будет.Для равновесной термодинамической системы существует функциональная связь между параметрами состояния, которая называется уравнением состояния. Опыт показывает, что удельный объем, температура и давление простейших систем, которыми являются газы, пары или жидкости, связаны термическим уравнением состояния вида Уравнению состояния можно придать другую форму: Эти уравнения показывают, что из трех основных параметров, определяющих состояние системы, независимыми являются два любых. Постоянную величину Nk, отнесенную к 1 кг газа, обозначают буквой R и называют газовой постоянной. Газовая постоянная 1 кг газа составляетТак, при перемещении поршня в цилиндре объем, а с ним давление и температура находящегося внутри газа будут изменяться, будет совершаться процесс расширения или сжатия газа. Для разных процессов он различно: если для установления равновесного давления в газе требуется всегда, то для выравнивания температуры в объеме того же газа нужны десяти; минут, а в объеме нагреваемого твердой тела - иногда несколько часов. В процессе релаксации газ не находится в равновесии с окружающей средой и его нельзя характеризовать уравнением состояния хотя бы потому, что в разных точках объема газа температура имеет различные значения. Отношение количества теплоты , полученного телом при бесконечно малом изменении его состояния, к связанному с этим изменению температуры тела , называется теплоемкостью тела в данном процессе: . В процессе v=const теплота, сообщаемая газу, идет лишь на изменение его внутренней энергии, тогда как в процессе р = const теплота расходуется и на увеличение внутренней энергии и на совершение работы против внешних сил.Работа в термодинамике, так же как и в механике, определяется произведением действующей на рабочее тело силы на путь ее действия. Газ действует на каждый элемент оболочки DF с силой, равной PDF и, перемещая ее по нормали к поверхности на расстояние dn, совершает элементарную работу PDFDN. При конечном изменении объема работа против сил внешнего давления, называемая работой расширения, равна Из (3.1) следует, что и DV всегда имеют одинаковые знаки: если DV>0, то и >0, т. е. при расширении работа тела положительна, при этом тело само совершает работу; если же DV<0, то и <0, т. е. при сжатии работа тела отрицательна: это означает, что не тело совершает работу, а на его сжатие затрачивается работа извне.Помимо макрофизической формы передачи энергии - работы существует также и микрофизическая, т. е. осуществляемая на молекулярном уровне форма обмена энергией между системой и окружающей средой. В этом случае энергия может быть передана системе без совершения работы. Мерой количества энергии, переданной микрофизическим путем, служит теплота.В термодинамике важную роль играет сумма внутренней энергии системы U и произведения давления системы р на ее объем V, называемая энтальпией и обозначаемая Н: . Так же как внутренняя энергия, работа и теплота, она измеряется в джоулях (Дж). Поскольку энтальпия есть функция состояния, то она может быть представлена в виде функции двух любых параметров состояния: ; ; , а величина dh является полным дифференциалом.
План
Содержание
Введение
Лекция 1. Предмет и метод термодинамики
1.1 Термодинамическая система
1.2 Термодинамические параметры состояния
1.3 Уравнение состояния
1.4 Термодинамический процесс
1.5 Теплоемкость газов
Лекция 2. Смеси идеальных газов
2.1 Аналитическое выражение первого закона термодинамики
Лекция 3. Внутренняя энергия
3.1 Работа расширения
3.2 Теплота
3.3 Энтальпия
3.4 Энтропия
Лекция 4. Общая формулировка второго закона
4.1 Прямой цикл Карно
4.2 Обратный цикл Карно
4.3 Изменение энтропии в неравновесных процессах
Лекция 5. Термодинамические процессы идеальных газов в закрытых системах
5.1 Эксергия
Лекция 6. Термодинамические процессы реальных газов
6.1 Уравнение состояния реальных газов
Лекция 7. Уравнение первого закона термодинамики для потока
7.1 Истечение из суживающегося сопла
7.2 Основные закономерности течения газа в соплах и диффузорах
7.3 Расчет процесса истечения с помощью h-s диаграммы
