Теплофизика. Часть 1 «Основы термодинамики»: Учебное пособие

Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»

Б.М. Соболев

ТЕПЛОФИЗИКА

Часть 1 «ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ»

Комсомольск-на-Амуре 2003

УДК 745.5.669.1

С54   Соболев Б.М. Теплофизика. Часть 1 «Основы термодинамики»: Учеб. пособие, - ГОУВПО «Комсомольск-на-Амуре. Комсомольский-на-Амуре гос. техн, ун-т». 2003.- 75с.

Изложены основные положения и законы термодинамического метода исследования тепловых процессов. Термодинамики потока, свойств реальных и идеальных газов, процессы происходящие в компрессоре.

Пособие предназначено для изучения раздела термодинамика в курсе «Теплофизика» студентами специальности «Обработка металлов давлением»  и для выполнении ими самостоятельных работ по курсу.

ã

СОДЕРЖАНИЕ

1. Основные понятия и законы термодинамики. 3

1.1. Основные термодинамические параметры рабочего тела. 3

1.2. Термодинамическая система. Процессы.теплота и работа. 4

1.3. Первый закон термодинамики. Энтальпия. 6

1.4. Второй закон термодинамики. Энтропия. 7

15. Максимальная работа. Эксергия. 10

2. Термодинамика рабочего тела. 11

2.1. Газы и газовые смеси. 11

2.2. Теплоемкость газа. 12

2.3. Термодинамические процессы идеальных газов 12

3. Водяной пар. 15

4. Влажный воздух. 16

5.Термодинамика газового потока. 18

5.1. Применение первого закона термодинамики для потока газов 18

5.2. Параметры заторможенного потока. 20

5.3. Истечение газа из цилиндрических или сужающихся сопел 21

5.4. Сопло Лаваля. 23

5.5. Дросселирование газов и паров 25

6. Термодинамика компрессоров. 27

6.1. Термодинамические циклы. 27

6.2. Сжатие газа в компрессорах. 29

7. Элементы статистической термодинамики. 31

7.1.   Задачи статистической термодинамики. 31

7.2.  Функции распределения. 32

7.3.  Кинетическое уравнение Больцмана. 36

7.4.  Квантовая статистика. 37

7.5. Определение термодинамических параметров  статистическими методами. 39

8. Основы термодинамики необратимых процессов. 41

8.1. Общие положения термодинамики необратимых процессов 41

8.2. Основы теории Онсагера. 45

8.3.  Применение теории Онсагера к анализу процессов теплопроводности. 48

8.4. Применение теории Онсагера к  анализу  термоэлектрических эффектов 49

9. Темы индивидуальных заданий по разделу «Термодинамика». 52

9.2 Основные параметры состояния термодинамической системы. Первый закон термодинамики. 52

9.3 Законы идеальных газов. Реальные газы. 53

9.4 Смеси жидкостей и газов 55

9.5 Теплоемкость. 56

9.6 Термодинамические процессы газов 57

9.7 Круговые термодинамические процессы. 58

9.8 Влажный воздух. 58

9.9 Процессы идеального одноступенчатого поршневого компрессора. 61

9.10 Истечение газов 62

Библиографический список. 65

Контрольные вопросы.. 65

1. Основные понятия и законы термодинамики

Термодинамика является разделом теоретической физики и рассматривает большую группу механических, химических и физикохимических явлений. Физическая, или общая, термодинамика исследует процессы превращения самых различных видов энергии, включая магнитные, электрические и тепловые, протекающие в твердых, жидких и газообразных телах, излучение и поглощение энергии телами.

Химическая термодинамика изучает, помимо тепловых, химические и физико-химические процессы, определяет условия их равновесия, выявляет факторы, влияющие на равновесие химических реакций.

Техническая термодинамика изучает весьма широкий круг взаимных превращений различных видов энергии в агрегатах, к которым относятся также металлургические печи и промышленные теплоустановки.

Термодинамика основывается на двух основных законах, называемых началами. Первый закон — сохранения и превращения энергии. Второй закон определяет направление и завершенность термодинамических процессов превращения теплоты в другие виды энергии. Эти законы позволяют определять изменение состояния физических тел, участвующих в преобразовании теплоты в работу. Техническая   термодинамика   обстоятельно   изложена в книгах, приведенных в списке литературы.

1.1. Основные термодинамические параметры рабочего тела

Рабочим телом называют вещества, с помощью которых осуществляется преобразование тепловой энергии в механическую. Их используют обычно в парообразном или газообразном состояниях. По сравнению с жидкостями газы или пары при нагревании или охлаждении сильнее меняют давление или объем. В паровых машинах и турбинах рабочим телом является водяной пар. В двигателях внутреннего сгорания и газовых турбинах — это продукты сгорания жидких или газообразных топлив. Во всех случаях рабочие тела являются однородными, т. е. такими, что их состав и свойства одинаковы во всем объеме.