ТЕРМОДИНАМИКАЛЫҚ ПРОЦЕССТЕР. Термодинамикалы процесстер
 Скачать 185.84 Kb.
|
|
ТЕРМОДИНАМИКАЛЫҚ ПРОЦЕССТЕР Жұмыстық дене (газдың) күйінің кез-келген өзгерісі негізгі параметрлердің (  ) өзгерісімен сипатталады. Қоршаған ортамен өзара әсерлесу нәтижесінде жұмыстық дененің күйінің үздіксіз өзгерісін термодинамикалық процесс деп атайды. Тәжірибелік маңызы бар термодинамикалық процесс болып негізгі параметрлерінің біреуі тұрақты болып қалатын немесе сыртқы ортамен жылу алмасусыз ( =0) орындалатын процесстер есептеледі. Мұндай процесстер төртеу: изохоралық, изобаралық, изотермиялық және адиабаттық. Бұлар политропалық процесстің дербес түрлері болып саналады.Термодинамикалық процесстер күйінің параметрлерін өзара байланыстыратын математикалық теңдеулермен өрнектеледі. Сондықтан да оларды зерттеу кезінде идеал газдардың күйінің теңдеуі мен термодинамика бірінші заңының математикалық өрнегі пайдаланылады. Термодинамикалық процесстерді зерттеу барысында төмендегілер анықталады: процесстің теңдеуі, оның  диаграммасындағы сызба бейнесі;негізгі күйі параметрлерінің арасындағы байланысы; жұмыстық дененің (газдың) ішкі энергиясының өзгеруі (  ) және ұлғаю жұмысы ( );жұмыстық денеге (газға) берілген немесе алынған жылу ( ) мөлшері;процесстің  диаграммасындағы сызба бейнесі.1. ИЗОХОРАЛЫҚ ПРОЦЕСС Жұмыстық дененің (газдың) үлесті көлемі тұрақты болып қалатын процессті изохоралық процесс деп атайды. Оның теңдеуі  . диаграммасында изохоралық процесс ординат өсіне параллель сызықпен бейнеленеді. Газ күйінің теңдеуінен: ,яғни газдың қысымы оның абсолют температурасына тура қатынасты болады:   1-сурет Изохоралық процесстің және диаграммасында бейнеленуі.Бұл процессте  болғандықтан газ ұлғаюының жұмысы да нөлге тең ( ). Сондықтан, термодинамиканың бірінші заңына сәйкес жұмыстық денеге (газға) берілген жылу түгелдей оның ішкі энергиясын өзгертуге жұмсалады. (1)Бұл процесстегі энтропияның өзгеруі мына формуламен анықталады:  (2)2. ИЗОБАРАЛЫҚ ПРОЦЕСС Жұмыстық дененің (газдың) үлесті қысымы тұрақты болып қалатын процессті изобаралық процесс деп атайды. Бұл процесс диаграммасында абсцисса өсіне параллель сызықпен бейнеленеді. Процесстің теңдеуі:  .Газ күйі теңдеуінен :  немесе  , яғни газдың көлемі оның абсолют температурасына тура қатынаста болады. Бұл процесстегі газ ұлғаюының жұмысы (3.2 -сурет) 1-2 изобара сызығының астындағы фигураның ауданымен өрнектеледі. Газдың ұлғаю жұмысы оң (  ), ал сығылу жұмысы теріс ( ) болып есептеледі. Бұл жұмыс мына теңдеумен анықталады: (3) 2-сурет Изобаралық процесстің және диаграммасында бейнеленуі.Газ күйі теңдеулерін (1.8)  және  ескерсек, онда : (4)Термодинамиканың бірінші заңының математикалық өрнегін (2.7) ескере отырып, жұмыстық денеге берілетін жылу мөлшерін былайша анықтаймыз:  , (5)мұндағы  Энтропияның өзгеруін келесі теңдеумен есептейді:  (6)3. ЭНТАЛЬПИЯ Ауыл шаруашылығы өнімдерін кептіру (немесе салқындату), қазан қондырғылары мен бу турбиналарын есептеуге байланысты процесстерде жұмыстық дененің (газдың) энтальпия (жылу мөлшері) деп аталатын күйІ параметрі қолданылады. Үлесті энтальпия h әріпімен белгіленеді де, өлшем бірлігі  . Ол келесі формуламен анықталады: (23)Егер (2,23) формуласына  ,  мәндерін қоятын болсақ, онда:  . (24)Сонымен, жұмыстық дененің (газдың) Т температурасыныдағы энтальпияның сан мәні оның тұрақты қысымда 0 К (немесе 0 0С)-дан Т(t) тепературасына дейін қызыдырғанда берілетін жылу мөлшеріне тең болады. Жұмыстық дененің (газдың) процесстің бастапқы және соңғы кезіндегі энтальпияларының айырмасы арқылы оған берілген жылу мөлшерін анықтауға болады:  (25)Температура нөлге тең болғанда (t =0 0C) энтальпияның мәні де нөлге тең болады. 4. ИЗОТЕРМИЯЛЫҚ ПРОЦЕСС Жұмыстық дененің (газдың) температурасы тұрақты болып қалатын процессті изотермиялық процесс деп атайды. Бұл процесс диаграммасында тең бүйірлі гиперболамен бейнеленеді. Процесстің теңдеуі:  .Газ күйі теңдеуінен  болғандықтан, газдың қысымы мен көлемі бір-біріне кері қатынаста болады.  3-сурет Изотермиялық процесстің және диаграммасында бейнеленуі.Бұл процесстің жұмысы:  (26) болғандықтан процесстегі ішкі энергияның өзгеруі: (27)тең. Изотермалық процессте ішкі энергия өзгермей тұрақты болып қалатындықтан(  ), жұмыстық денеге (газға) берілетін барлық жылу ( ) түгелдей жұмысқа айналады, яғни (28)Энтропияның өзгеруі:  (29)5. АДИАБАТАЛЫҚ ПРОЦЕСС Жұмыстық денемен (газбен) сыртқы орта арасында жылу алмасу болмайтын (  ) процессті адиабаталық процесс деп атайды. Оның теңдеуі  , мұндағы  - адиабата көрсеткіші. Бұл процесстің графигі көрсетілген. -диаграммасында процесс қисық гипербола сызығымен бейнеленеді.  4-сурет Адиабаталық процесстің және диаграммасында бейнеленуі.Адиабаталық процесстің және газ күйі теңдеулерін ескере отырып, келесі қатынастарды жазуға болады:    (30)Бұл процесстегі газ ұлғаюының жұмысы термодинамиканың бірінші заңына сай, ішкі энергияның азаюы есебінен орындалады.  (31)Сонымен, газ ұлғаюының жұмысы температураның төмендеуіне байланысты ішкі энергияның азаюымен атқарылса, газдың сыртқы ортаның әсерімен атқаратын сығылу жұмысы, толығымен ішкі энергия мен температураның жоғарлауына жұмсалады. Адиабаталық процессте  болғандықтан, жұмыстық дененің энтропиясы өзгермейді ( , ). -диаграммасында бұл процесс түзу тік сызықпен бейнеленеді.6. ПОЛИТРОПАЛЫҚ ПРОЦЕСС Барлық нақтылы жылу машыналарындағы (іштен жанатын қозғалтқыштар – ІЖҚ, компрессорлар, газ турбиналы қондырғылар және т.б.) жұмыстық дененің (газдың) сығылу, отынның жану, жұмыстық дененің ұлғаю процесстері политропалық процесс деп аталады. Политропалық процесс қайтымды процесс болғандықтан, келесі теңдеумен өрнектеледі:  (32)мұндағы  - политропа көрсеткіші; әртүрлі процесстер үшін  пен  дейінгі аралықта өзгереді. 5-сурет Политропалық процесстің және диаграммасында бейнеленуі. 1-изобара; 2-изотерма; 3-адиабата; 4- изохора;Жоғарыда қарастырылған дербес процесстер (изохоралық, изобаралық, изотермалық және адиабаталық) политропалық процесстің политропа көрсеткіші ( ) 0, 1, k,  -ке сәйкес болғандағы жеке түрлері.Егер 3.13) теңдеуіндегі палитропа көрсеткішін  деп алсақ, онда ол теңдеуіне айналады, яғни изобаралық процесс болады;  деп алсақ, онда ол  изотермалық процесс;  деп алсақ, онда -адиабаталық процесс;  деп алсақ, онда – изохоралық процесс болады.Политропалық процесстегі орындалатын жұмысты және жұмыстық дене параметрлерінің арасындағы байланысты өрнектейтін формулалар адиабаталық процесстегіге ұқсас. Айырмашылығы тек қана  -ның көрсеткішінде ғана.Мысалы, политропалық процесстегі орындалатын жұмыс:  (33)Ал, жұмыстық дене параметрлері арасындағы байланыс:  (34)Жұмыстық дененің (газдың) политропалық процесстегі жылу сыйымдылығы келесі формуламен анықталады:  (35)Жылу мөлшері:  (36)Энтропияның өзгеруі:  (37)Политропалық процесстің және диаграммалары 3.5-суретте көрсетілген. |