Термодинамика. Термодинамические процессы, виды энергии и их особенности, теплообмен

Термодинамика                          Содержание:

1. Т/д проц.: действ.  и равновес. проц.; скор. проц. и скор. релаксации; предст. о квазиравнов. проц.; изобр. проц. на т/д диагр. сост.  (2) 

2. Виды энергии и их особен.; внутр. энергия тела; работа изменения объема и работа проталкивания; диссип. энергии и работа трения.         (3)

3. Теплообмен: определение теплоты через теплоемкость тела; понятие энтропии и тепловая Т,s- диагр. состояния.   (4)

 4. Первый закон т/д для неподвижного тела. Две диф. формы 1-го з-на для простых систем в квазиравн-м приближении. (5-6)

5. Энтропия как критерий теплообмена и внутренних диссипативных проц-в. Аналитич-е выраж-е 2-го з-на т/д в квазиравн. приближ. Перенос и произв-во энтропии.  (6-7)

6. Идеально-газовое состояние вещества. Определение термических и калорических параметров. Удельная теплоемкость и показатель изоэнтропы. (7-8)

7.Моделирование процессов в политропном приближении; изменение термических и каллорических параметров. (8-9)

8. Основные ур-я стационарного поточного процесса. Техническая работа.(10)

9. “Медленное” течение газа по трубопроводу постоянного сечения. (11-12)

10. Течение газа в соплах и диффузорах. Переход через скорость звука. Диссипация энергии.   (12-13)

11. Т/д модель рабочих процессов в компрессорах и детандерах.  (14)

12. Расчет адиабатных компрессоров; изоэнтропный и гидравлический (политропный) кпд. Условный оказатель политропы.   (14-15)

13. Расчет охлаждаемых компрессоров. Относительный внутренний кпд. (16)

14. Многоступенчатое сжатие: принципы и использование. Выбор числа ступеней. (16-17)

15. ГТУ: тепловая схема, модель реального цикла, степень термодинамического  совершенства и пути повышения эффективности.(17-18)

16. Энтропийный метод расчета потерь эксергии в анализе энергетических установок.(18-19)

17. Метод коэффициентов полезного действия в анализе реальных циклов.(19-20)

1. Т/д проц.: действ.  и равновес. проц.; скор. проц. и скор. релаксации; предст. о квазиравнов. проц.; изобр. проц. на т/д диагр. сост.

Проц. – это непрерывная смена сост. системы при энергообмене с о.с. Если проц. протек. медленно, то он близок к предельному, и назыв. равновессным. Для описания такого проц. не нужна сист. коорд. Равнов. проц. – это непрерывная смена равновес. состояний.

     Р

             2р   2                                равнов. сост. сист.                         

                                                           действит. проц.

 

                                      3

 

                                   1      

Если сжимать газ с конечной скор., то парам будут равные в разл. местах. Т.к. любая сист. Стрем. к равнов. (релаксации), то газ будет стрем. принять одинак. парам в каждой точке сист. Скорость этого проц. назыв. скор. релоксации. Здесь будут протекать проц. вязкого трения между слоями газа. Вязкое трение – частный случай проц. диссипации (рассеив.) энергии. Точно показать реал. проц. в -коорд. невозможно, т.к. в каждой точке в разл. мом. времени будут разл.  и . Мы можем показ. только средние знач. этих величин.

За счет трения газ дополнит. разогр., поэтому использ. ур-е состояния  (-коэф. сжим.). Видим, что при одинак. объеме увелич. темпер. газа и давл.

Скорость релаксации равна скорости звука: ; если  - проц. близок к равновес.

Если условие сильного разрыва не выполняется, то возникают значительное нестабильное состояние. Если вернуть сист. в исх. сост. (совершить расшир.), то окажется, что в равновес. проц. мы приходим в начальное сост. 1-2р-1, а в действит. проц. система не может верн. в исх. сост. 1-2-3. Поэтому необходим дополнит. проц. 3-1. в первом случае – проц. обратим. Во втором – необратим.

Т/д может строго описывать только равновесные состояния. Для анализа реал. проц. необходимо исп-е достоверных моделей. Такой моделью является квазиравновесное приближение. Квазиравновесный процесс предполагает исп-е средних параметров по объему системы и учет диссипативных дефектов (трение, термич. сопрот., эл. сопрот.).

2. Виды энергии и их особен.; внутр. энергия тела; работа изменения объема и работа проталкивания; диссип. энергии и работа трения.

Энергия в макромире – это количеств. мера движения материи. Энергия проявляется в различных формах (видах). Все виды в зависимости от степени взаимного перехода принято делить на 2 группы:

* энергия направленного движения:

-  механическая (в форме мех. работы);

-  электрическая (по проводнику);

-  химич-я (потенц. энергия атомов, кот. высвоб. при образов. новых молекул; сгорание);

-  внутриядерная энергия;

-  энергия разл. потенц-х полей (гравитац.).

Особенностью этой группы явл. то, что любой этот вид может полностью перейти в другой.

* энергия тепл. (хаотич-го) движения – тепловая внутренняя энергия тела (опред-ся движ. молекул). Тепловая энергия в полном виде не может перейти в др. вид.

Преобразов. энергии в тепловом двигателе всегда связано с энергообменом с о.с., а также с потерями за счет диссип. в реал. проц.

Все виды энергии, кот. при участии зад-ой о.с. могут быть преобразованы в др. вид назыв. эксергией.

Полная энергия тела может быть представлена в силу возможной аддитивности в виде суммы внешней и внутренней энергии: . Внешняя энергия тела приводит к закону сохр. мех. энергии.

, - энергия проталкивания (ж-ти или газа)

,

      - энергия нулевая (эн. образования вещ-ва + внутрияд.+…);

 - энергия тепловая (если темпер. тела выше темпер. о.с.).

Используя данное представление можно записать для единицы массы вещ-ва:

Если состав раб-го тела не мен-ся, то  не учитыв.

Работа проталкивания:   

                                                                                  

                                                   Р_F           Р                      

 - работа проталкивания.

3. Теплообмен: определение теплоты через теплоемкость тела; понятие энтропии и тепловая Т,s- диагр. состояния.

Теплообмен – форма обмена энергией в виде тепла Q, кот. возникает всегда. В т/д теплоту определяют по изменению состояния тела (сист.). Теплоту нагрева (охлаждения) тела опред. через теплоемкость.

Для 1 кг:

Основным критерием теплообмена является энтропия – это функция состояния, изменение которой хар-ет одновременно теплообмен и диссипацию энергии.

 ,

С увелич. тепла энтропия растет, и наоборот.

Для изобр-я исп-ся -диагр.

1

Т                                                                                        Т

1

                          Т                            

			2
	2

 

                                               S                                                                                        S

Эксэргия – энергия, которая при участии конкретной среды может полностью перейти в другой вид энергии. Например, механическая в электрическую. Часть внешней энергии тела является эксэргией.

4. Первый закон т/д для неподвижного тела. Две диф. формы 1-го з-на для простых систем в квазиравн-м приближении.

Для простых систем, кот. предполагают отсутствие (постоянство) потенц. полей при , а также если центр массы неподвижен – изменение тепловой внутр. энергии может осущ-ся за счет двух форм: теплообмена и работы.