полная версия шпор. 1) Идеальный газ. Уравнение состояния (уравнение взаимосвязи между параметрами состояния P, V, T). Охарактеризовать величины, входящие в состав урия состояния
 Скачать 0.8 Mb.
|
|
34. Анализ процессов дросселирования газа и пара. Если в трубопроводе на пути движ-я газа или пара встречается местное сужение проходного сечения, то вследствие сопротивления, возник. при таком сужении, давление р2 за местом сужения всегда меньше давления р1 перед ним. Это явл-е, при кот. пар или газ переходит с высокого давления на низкое без совершения внешней работы и без подвода или отвода теплоты, наз. адиабатным дросселированием ли мятием (редуцированием, торможением). Физ. представление о падении давления за местным сопротивлением обусловлено рассеянием энергии потока, расходуемого на преодоление этого местного сопротивления. При дросселировании потеря давления р1-р2 тем больше, чем меньше относит. площадь сужения. При отсутсвии теплообмена будем иметь i1-i2=1/2( ). В рез-те мятия энтальпия газа до суженного сечения и после него имеет одно и то же знач-е. Различают интегральный температ. эффект дросселирования, когда давление газа изменяется знач-но, и дифференциальный эффект ( ), когда уменьшение давленя и изменение температуры бесконечно малы. . Состояние газа, при кот. температ. эффект дросселирования меняет свой знак, наз. точкой инверсии газа, а тем-ра, соответствующая этой точке, наз. температурой инверсии. Тинв= . Изменение тем-ры газа в процессе дросселирования с точки зрения мол.-кин. теории газов объясняется, тем что i1=i2, i=U+pυ, то p2υ2-p1υ1=U1-U2. Разность p2υ2-p1υ1 представляет собой работу по проталкиванию 1 кг газа, а разность U1-U2 – уменьшение внутр. энергии 1 кг газа, состоящей у реальных газов из суммы кин. и потенц. энергии. Для идеальных газов p2υ2=p1υ1, U1-U2=0. Поскольку при дросселировании p2 38. Теплопроводность через плоскую стенку. 1  ).Однородная плоская стенка Температуры поверхностей стенки –tст1 и tст2. Плотность теплового потока: q = -λ∙ ∂t/∂n Тогда q = λ/δ∙(tст1 – tст2) = λ/δ∙Δt, Если R =δ/λ -термическое сопротивление теплопроводности стенки [(м2∙К)/Вт], то плотность теплового потока: q = (tст1 – tст2)/R Общее количество теплоты, которое передается через поверхность F за время τ определяется: Q = q∙F∙τ = (tст1 – tст2)/R·F∙τ . М  ногослойная стенка.Рассмотрим 3-х слойную стенку. коэффициенты теплопроводности слоевλ1, λ2, λn, толщина слоевδ1, δ2, δn. Плотности тепловых потоков через каждый слой стенки: q = λ1/δ1∙(tс1 – tс2) , q = λ2/δ2∙(tс2 – tс3) , … q = λn/δn∙(tсn – tс(n+1)) , Решая эти уравнения, относительно разности температур и складывая, получаем: q = (t1 – t4)/(δ1/λ1 + δ2/λ2 + δ3/λ3) = (tст1 – tст4)/Ro , где: Ro = (δ1/λ1 + δ2/λ2 +…+ δn/λn) – общее термическое сопротивление теплопроводности многослойной стенки. 45 Теплопроводимость через цилиндрическую однослойную стенку r₀  - внутренний радиус поверхности. R – наруж ради поверх. tc1- темпер на внутр слое пове-ти. tc2- темпера на наружном слое повер-ти. При этом tc1>tc2. Q-тепловой поток. λ-теплопроводность. 46. Теплопередача, коэффициент теплопередачи. ТП – это теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их твердую стенку. Q=k·F·∆tcp (Вт), где Q – теплота передается от 1 к другому телу; k – коэффициент ТП; F – поверхность, через которую осуществляется передача теплоты; ∆tcp – средний температурный коэффициент(напор). Коэффициент ТП характеризует интенсивность ТП. Эта величина = плотности теплового потока на стенке, отнесенной к температурному напору между теплоносителями. q< k∆t – температурный напор. α1 и α2 – к-ты теплообмена; λ – к-т теплопроводности стенки; σ – толщина стенки. ТП определяет мощность теплового потока проходящего от одного теплоносителя к другому через еденицу поверхности стенки, теплоносит, при разности t между ними 1º. 47. Коэффициент теплоотдачи от рабочего тела к стенке. α1 и α2 – коэффициенты теплообмена; λ – к-т теплопроводности стенки; σ – толщина стенки. Коэффициент зависит от рода материала стенки, от толщены стенки и от температуры окружающей среды. 47 Коофф теплоотдачи вход в формулу 3-на Ньютона – Рихмана зависит от большого числа факторов: 1 конструктивные особенности теплообменного аппарата. 2 направление движен теплоносителей. 3 физическо- химических свойств теплоносителей. 4 от сост поверхности и тд. Для определ α необх знать величину критерию Нуссельта: q=αΔt. 3-н Фурье: ; [αΔt]=[ ]; λ/ = α. - критерий Нульсона. Коофицент теплоотдачи - - кооф теплопровод, - время. 52. Энтропия рабочего тела. Одним из функций состояния термодинамической системы является энтропия. Энтропией называется величина определяемая выражением:dS = dq / T. [Дж/К] или для удельной энтропии:ds = dq / T. [кДж/(кг·К)] Энтропия есть однозначная функция состояния тела, принимающая для каждого состояния вполне определенное значение. Она является экстенсивным (зависит от массы вещества) параметром состояния и в любом термодинамическом процессе полностью определяется начальным и конечным состоянием тела и не зависит от пути протекания процесса. Энтропию можно определить как функцию основных параметров состояния: S = f1(P,V) ; S = f2(P,T) ; S = f3(V,T) ; или для удельной энтропии:s = f1(P,υ) ; s = f2(P,T) ; S = f3(υ,T) ; (3.4) Так как энтропия не зависит от вида процесса и определяется начальными и конечными состояниями рабочего тела, то находят только его изменение в данном процессе, которые можно найти по следующим уравнениям: s = cv·ln(T2/T1) + R·ln(υ 2/υ 1) ; s = cp·ln(T2/T1) - R·ln(P2/P1) ; s = cv·ln(Р2/Р1) + cр·ln(υ 2/υ 1) Если энтропия системы возрастает (s > 0), то системе подводится тепло. Если энтропия системы уменьшается (s < 0), то системе отводится тепло. Если энтропия системы не изменяется (s = 0, s = Const), то системе не подводится и не отводится тепло (адиабатный процесс). 14)Основной закон теплопроводности(Закон Фурье) Теплопроводность, один из видов переноса теплоты (энергии теплового движения микрочастиц) от более нагретых частей тела к менее нагретым, приводящий к выравниванию температуры. При Теплопроводность перенос энергии в теле осуществляется в результате непосредственной передачи энергии от частиц (молекул, атомов, электронов), обладающих большей энергией, частицам с меньшей энергией. Если относительное изменение температуры Т на расстоянии средней длины свободного пробега частиц l мало, то выполняется основной закон Теплопроводность (закон Фурье): плотность теплового потока q пропорциональна градиенту температуры grad T, то есть где q — вектор потока тепла — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси, χ— коэффициент теплопроводности (иногда называемый просто теплопроводностью), T — температура. Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору grad T (то есть в сторону скорейшего убывания температуры). Процесс теплопроводности неразрывно связан с распределением температуры внутри тела. Совокупность значений температуры для всех точек пространства в данный момент времени наз. температурным полем, t=f(x,y,z,τ). Уравнение явл. математическим выражением такого поля. При этом, если t-ра меняется во времени, поле называется нестационарным, а если не меняется —стационарным. Т-ра может быть функцией одной, двух и трех координат. Соответственно этому и температурное поле называется одно-, двух- и трехмерным. Наиболее простой вид имеет уравнение одномерного стационарного температурного поля: t = t(x). 17) Анализ политропных процессов по энергетическим показателям (∆U, q, l) Политропный – процессы, в кот. теплоемкость имеет любое, но постоянное на протяжении всего процесса значение. P* -уравнение состояния. =const – Ур-е политропного (обобщающего) процесса, где )/( ) – показатель полит.процесса. =const – соотношения м/у параметрами T и υ, p и T. Изменение энтропии: Энтропия является функцией состояния. Ее изменение в пределах процесса определяется как разность конечного и начального значений. Энтропия, и ее изменение не поддается физическому определению и измерению, а является расчетной величиной. ; ; Работа расширения /сжатия в политропном процессе: ; Количество теплоты: , q – удельное количество теплоты. Внутренняя энергия термодинамической системы зависит от температуры рабочего тела: ; Энтальпия представляет собой сумму внутренней энергии тела и работы, которую необходимо затратить, чтобы тело объемом V ввести в окружающую среду, имеющую давление p и находящуюся c телом в равновесном состоянии: ; 21. Классиф-я циклов: циклы тепловых двигателей и холодильных машин. Осн. Условия преобразования теплоты в работу. Простейший способ получения температуры раб. тела ниже температуры окружающей среды зак-ся в том, что это рабочее тело, называемой иначе хол. агентом (хладагентом), сжимают в компрессоре, затем охлаждают до температуры окружающей среды и после этого заставляют адиабатически расширяться. При этом рабочее тело совершает работу засчет своей внутренней энергии и тем-ра его умен-ся по сравнению с тем-рой окр. среды, т.е. такое рабочее тело становиться источником получения холода. В хол.установках применяют пары легкокипящих жидкостей высокой степени влажности, поэтому для них неприменимы законы для идеальных газов. Аналит. зав-сть м/у параметрами для этих паров также сложны, как и для водяного пара, когда он рассматривается как реальный газ. Идеальным циклом для хол.установки явл. обратный цикл Карно. В компрессоре вследствие затраты мех. энергии сжимается влажный пар хладоагента. В рез-те этого получается сухой насыщенный или перегретый пар. Обычно степень перегрева не превышает 130-140С. Из компрессора (для паровых компрессорных хол. установок) перегретый пар с параметрами p2и t2 поступает в охладитель (конденсатор). В нем при постоянном давлении перегретый пар отдает охлаждающей воде теплоту перегрева, тем-ра его становится равной тем-ре насыщения tH2 .Отдавая в дальнейшем теплоту парообразования, насыщенный пар превращается в кипящую жидкость. Эта жидкость поступает к дроссельному вентилю, пройдя ч/з кот. Она превращается в насыщенный пар небольшой степени сухости. Пар с параметрами состояния, характеризуемыми точкой в начальном состоянии, засасывается в компрессор, и работа установки повторяется. Показателем энерг.эффективности хол.установой служит хол. коэфициент, представляющий собой отношение удельной холодопроизводительности к внешней работе цикла: В зав-ти от способа подвода теплоты к рабочему телу все существующие тепловые двигатели делят на двигатели внешнего и внутреннего сгорания. К 1гр.относятся такие тепловые двигатели, у кот. Подвод теплоты к рабочему телу, т.е. процесс сгорания, оущ-ся вне самого двигателя (паровые турбины). Для них раб. телом служит водяной пар, получаемый в кот. установках и подаваемый к соплам рабочих колес турбины или в парораспределительное устройство паровых машин. Ко 2гр. относятся такие двигатели, в кот. подвод теплоты к раб. телу осущ-ся при непосредственном сжигании топлива в смеси с необход. кол-вом коздуха внутри самого двигателя. В рез-те хим. соед-я горючих частей топлива и кислорода воздуха образуется продукты сгорания топлива – газовая смесь, кот. и явл. раб. телом в д.в.с. По существу в д.в.с. не происходит круговых процессов, т.к. газообразные продукты горения после расширения и отдачи с помощью поршня энергии на коленчатый вал удаляются из цилиндра двигателя, а на их место поступает свежая порция горючей смеси, хим. состав кот. в рез-те последующего процесса сгорания меняется. Однако условно можно говорить о круговом процессе работы д.в.с., если не принимать в расчет хим. изменений и определять его КПД по формуле , где Ац – работа и q1 – расход тепла. 29. Максимальная работоспособность системы. Эксергия – это максимальная работа, которую может выполнить рабочее тело с параметрами V1,T1,P1,u1. П  лощадь под кривой - максимальная работа. Но фактически процесс происходит до т.А и часть работы не используется.Для анализа термодинамических процессов используют КПД эксергии. КПД эксергии : ἠ=l окруж./l максим 3   5. Диаграмма T-S. В этой диаграмме проводят анализ термодинамических процессов с целью выяснения энергетических возможностей каждого из процессов для определения и использования их в различных энергетических устройствах. Св-ва диаграммы: (sb-Sa)T=dF=dS*T=Δq; Δq=dST. 1) Площадь под кривой процесса равна количеству подведенной или отведенной теплоты в процессе. AOB подобен EOD; AB/OB=OD/ED, следовательно АВ=(OD*BO)/ED; OD=dS; BO=T; DE=dT; m=(dS*T)/dT=Δq/dT=C. AB-подкасательная, дает теплоемкость в точке, через которую проведена касательная. Δq=dh-Vdu; CpdT=CvdT+pdV; PV=RT; pdV=RdT; CpdT=CvdT+RdT; Cp=Cv+R; 2)Изохора в TS диаграмме, проведенная из какой либо точки О, идет более круче, чем изобара, проведенная через эту же точку. 39. Отличие теоретического цикла ДВС от действительного. Протекание действительного цикла в двигателях значительно отличается от теоретического. Осуществление действительного цикла по сравнению с теоретическим связано не только с конструктивными особенностями двигателя, но и со значительными дополнительными тепловыми и гидравлическими потерями. К потерям относятся: 1) работа, затраченная на осуществление впуска и очистку цилиндров двигателя от продуктов сгорания; 2) теплообмен между рабочим телом и охлаждающей средой на протяжении всего времени, в течение которого осуществляется действительный цикл. В связи с этим в действительном цикле процессы сжатия и расширения протекают по политропическим зависимостям. Подвод тепла в процессе сгорания топлива и отвод тепла с выпускными газами происходит в действительном цикле на протяжении определенного времени, а не мгновенно, как в теоретическом. Отличие действительного цикла от теоретического состоит также в том, что теплоемкость реального рабочего тела изменяется с изменением температуры, тогда как в теоретическом цикле предполагается, что рабочее тело является идеальным газом и его теплоемкость не за- висит от температуры. 40.Математическое выражение 1го з-на термодинамики для потока. - формула первого закона термодинамики для потока. δg- кооф теплового потока, dh- изменение энтольпия, v- оббьем, dp- изменение давления, g(вт/м²)-плотность теплового потока, кали-во теплоты, котор переносится через единицу поверхности. 41. круговые процессы( циклы). Теоретический цикл холодильной машины (обратный цикл Карно). 2-ой закон термодинамики определяет качественную сторону процесса преобразования теплоты в работу. Основные условия непрерывно действующего ДВС (двигатель внешнего сгорания): 1. наличие ВИТ (верхний источник теплоты) с t0, который отдает рабочему телу теплоту q1. 2. наличие НИТ (холод.) с t0, который воспринимал бы теплоту q2. 3. наличие рабочего тепла совершающего цикл. Процесс, совершаемый при последующим непрерывном движении, называется циклом. Циклы бывают: 1. прямой цикл, характеризующий работу ДВС, когда теплота превращается в работу.(по час. стрелке) 2. обратный цикл, характеризующий работу холодильника, когда работа превращается в тепло. Циклы могут быть обратимыми и необратимыми. t= ; qn=q1-q2=lполезн, qзат= q1 = ; если q1= q2, то t=0; если q1=, q2=0, то t=1 1t0 – термический КПД всегда 0, но 1; КПД не может быть = 1 Действие КПД для цикла Карно t = 60% Особенности цикла Карно: состоит из 2-х изотерм (1-2,4-3, т.е. t0 – const). Из 2-х адиабат (2-3, 4-1). В процессе свершения L получаем полезную работу. Lполез= q1-q2 Lрасш=Lизот+Lад ; Lсжат= Lизот+Lад ; Lад. расш.=- Lад. сжат. р= - степень расширения. t=1- - термический КПД для обратимого цикла Карно, не зависит от свойств работающего тепла, а определяется только температурами. Обратимый цикл Карно характеризует работу тепловых насосов и холодильных машин. Также характеризует перемещение теплоты от нижнего источника к верхнему за счет затраченной работы. По прямым циклам работают все тепловые двигатели. Цикл называется обратным, если в р- диаграмме линии процессов сжатия расположены выше линий процессов расширения. В этом случае работа, ограниченная контуром цикла, осуществляется от постороннего источника энергии. В обратном цикле направление величин q1 и q2 изменяется на обратное, т.е.теплота q2 передается рабочему телу от холодного источника, а теплота q1 отдается горячему источнику. Следовательно, в обратном цикле теплота переходит от холодного тела к горячему, но это должно обязательно сопровождаться затратой работы. Обратимые циклы существуют в холодильных установках 48. Парообразование, переход вещества из конденсированной фазы (жидкой или твёрдой) в газовую (фазовый переход I рода). Различают следующие виды парообразования: испарение (парообразование со свободной поверхности конденсированной фазы, в случае твёрдого тела — сублимация или возгонка) кипение (парообразование, характеризующееся возникновением пузырьков насыщенного пара на поверхностях нагрева и ростом пузырьков в объёме жидкости). Диаграммы T,S,i,s для пара. 49. Энтальпия. H=U+pV если m не равна 1кг. h=u+pv если m = 1кг. U-внутр.энергия. р-абсолютное давление, V-объем. V-удельный объем. Энтальпия является функцией внутренней энергии и термических параметров состояния и поэтому сама является функцией состояния. Δq=du+Δe; Δq=du+pdv; v=const; du=0; Δq=du; Cv*dT=du. Не смотря на то что формула изменения внутр.энергии выведена для изохорного процесса она справедлива для любого другого, т.к. внутр.энергия является функцией состояния. H=u+pv; dh=du+pdv+vdp; Δq=dh-vdp-вторая форма записи 1 з-на термодинамики. -vdp=ΔL0-располагаемая работа. р=const; dp=0; Δq=dh; Δq=CpdT; dh=CpdT. Не смотря на то что зависимость выведена для изобарного процесса она справедлива и для других процессов. |