Термодинамические процессы с идеальными углеводородными смесями

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время невозможно назвать ни одну область производственной деятельности человека, где бы ни использовалась теплота.

Бурно развивающаяся мировая экономика требует все больших энергетических затрат, непрерывного роста энерговооруженности стран мира.

Основным источником теплоты является органическое топливо, которое сжигается в топках котельных агрегатов, камерах сгорания двигателей, газотурбинных газоперекачивающих агрегатов, различных печах и т.д. В целом более 90% всей используемой человечеством энергии приходится на ископаемые органические топлива.

Высокие цены на топливо на мировом рынке заставляют резко увеличивать степень использования добываемого топлива.

Главная роль в разработке энергосберегающих технологий принадлежит проектировщикам-технологам – неэнергетикам. Ее невозможно решить без глубоких знаний основных законов теплотехники.

Теплотехника – наука, которая изучает методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а также принципы действия и конструктивные особенности тепловых машин, аппаратов и устройств.

Теоретическими разделами теплотехники являются:

1 -  термодинамика;

2 -  теплообмен.

1 ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ С ИДЕАЛЬНЫМИ УГЛЕВОДОРОДНЫМИ СМЕСЯМИ

Термодинамика изучает законы превращения энергии в различных процессах, происходящих в макроскопических системах.

Термодинамика – это наука об энергии и законах ее превращения.

Условно термодинамика подразделяется:

- на техническую термодинамику, изучающую законы взаимного превращения тепловой и механической энергии и свойства тел, участвующих в этих превращениях;

- химическую термодинамику, изучающую законы взаимного превращения различных видов энергии при изменении химического состава тел, участвующих в процессах обмена энергией;

- физическую (общую) термодинамику, изучающую свойства твердых, жидких и газообразных тел, электрические и магнитные явления и излучение на основе общих термодинамических положений.

Исторически термодинамика возникла из потребностей теплотехники в связи с развитием паровых машин, в которых теплота, образовавшаяся при сгорании топлива, преобразовывалась в работу. Отсюда и название: в переводе с греческого «терме» - теплота и «динамис» - сила или работа.

Термодинамическая система (ТС) – совокупность выделенных из окружающей среды (ОС) тел, взаимодействующих между собой и окружающей средой.

Тела отделяются от ОС реальной или мнимой границей  - контрольной поверхностью (оболочкой).

ТС может обмениваться с ОС массой (М), энергией, передаваемой в форме теплоты (Q) и в форме работы (L).

ТС могут быть:

·  изолированной (замкнутой) при dM=0; dQ=0; dL=0 – ТС не обменивается с ОС ни веществом, ни энергией;

·  неизолированной при dM≠0; или dQ≠0; dL≠0;

·  закрытой при dM=0 – т.е. вещество не проходит через границы системы;

·  открытой при dM≠0 – система может обмениваться со средой веществом. Потоки газа или воды в турбинах или трубопроводах – примеры открытых систем;

·  теплоизолированной (адиабатной) при dQ=0 – примером адиабатной системы является газ, находящийся в сосуде, стенки которого покрыты идеальной теплоизоляцией, исключающей теплообмен между заключенным в сосуде газом и ОС;

·  термомеханической при dQ≠0; dL≠0.

Простейшей ТС является рабочее тело, осуществляющее взаимное превращение теплоты и работы. В ДВС и газотурбинных установках  рабочим телом являются воздух и продукты сгорания топлива. На тепловых станциях или в котельныхрабочис телом являются вода и водяной пар. В холодильных установках – фреон или другие вещеятва.

Работа L совершается рабочим телом (РТ) при его расширении и принимается положительной.

При сжатии РТ работа затрачивается и принимается отрицательной.