«Теплотехника»
Что изучает теплотехника?
Предмет изучения
Предмет изучения
«Начала» термодинамики»
Содержание дисциплины «Техническая термодинамика»
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Параметры термодинамического состояния
Параметры термодинамического состояния
Уравнение состояния идеального газа
Уравнение состояния идеального газа
Термодинамические процессы и циклы
Термодинамические процессы
Термодинамические процессы
Внутренняя энергия
Теплота и работа
Работа расширения
Энтальпия (работоспособность)
Работа
Энтропия
Изображение процессов в Т-S координатах
Теплоемкость идеальных газов
Теплоёмкость
Виды удельной теплоемкости
Важные соотношения
Смеси идеальных газов (газовые смеси)
Термодинамические параметры смеси, заданной объемными долями
Термодинамические параметры смеси, заданной массовыми долями
Политропные процессы в идеальных газах
Энергетические параметры состояния для неизотермического политропного процесса
Работа политропного процесса
Теплота политропного процесса
1.23M
Category: physicsphysics

Теплотехника. Основы технической термодинамики

1. «Теплотехника»

ФБГОУ ВО «Ярославский государственный технический университет»
Кафедра двигателей внутреннего сгорания
«Теплотехника»
Часть 1
Основы технической
термодинамики
составлен
кандидатом технических наук, доцентом
Ивневым
Александром Андреевичем
в соответствии с действующим государственным
образовательным стандартом ВО
Ярославль, 2013-2016
1

2.

Предмет изучения, методы и основное содержание дисциплины.
Основные понятия термодинамики: термодинамическая система,
рабочее тело, идеальный газ.
Теплотехника
Техническая
термодинамика
Теория
теплопередачи
2
Теория
горения топлива

3. Что изучает теплотехника?

Теплотехника
Методы получения,
передачи, преобразования,
использования теплоты
Принципы действия
и конструктивные особенности
тепловых машин и аппаратов
3

4. Предмет изучения

Термодинамика
Теоретические основы работы
тепловых двигателей,
компрессоров, холодильных и
теплонасосных установок
Предмет изучения
Цель изучения
Свойства макроскопических
газообразных систем в
равновесном состоянии
и процессы изменения состояния
систем на основе
эквивалентности
превращения энергии
Определение наиболее
эффективных способов
преобразования теплоты в
работу и обратно
4

5. Предмет изучения

Теория теплопередачи
Теоретические основы работы
теплопередающих устройств
Предмет изучения
Цель изучения
определение температурных полей в
телах,
расчет интенсивности теплопередачи
в элементах энергоустановок
(теплообменниках)
способы переноса теплоты в твердых,
жидких и газообразных телах и в
пространстве при отсутствии среды
5

6. «Начала» термодинамики»

Если масса системы неизменна, то
«теплота (Q), полученная системой
извне, используется на изменение ее
внутренней
энергии
(ΔU)
и
совершение работы расширения (L)
над внешними силами (окружающей
средой»
Первое начало:
невозможен
процесс
возникновения
или
исчезновения энергии (общий
закон сохранения энергии)
Второе начало:
невозможен циклический процесс,
имеющий единственным своим
результатом
превращение
теплоты в работу.
В
термодинамическом
цикле
невозможно превратить всю теплоту
в работу
6

7. Содержание дисциплины «Техническая термодинамика»

Свойства газообразных
макроскопических систем
Идеальные газы
в закрытой системе
Поток идеального газа
(открытая система)
Реальные газы
(пары)
Влажный воздух
7

8. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Теплотехника: Учебник для втузов. Под общ. ред. А.М.
Архарова, В.Н., Афанасьева.– М., Изд-во. ГТУ им Н.Э.
Баумана, 2004. – 712с.
2.Рабинович О.М. Сборник задач по технической
термодинамике.- М.: машиностроение, 1969.- 344 с.
3.Теплотехника. // Под ред. В.Н. Луканина - М.: Высшая школа, 2000.671с.
4.Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. -М.:
Высшая школа, 1980.- 469 с.
5.Теплотехника // Под ред. А.П.Баскакова, М.: Энергоатомиздат, 1991.224с.
8

9. Параметры термодинамического состояния

Абсолютное давление (p), Па.
Единицы измерения: Н/м2 (Паскаль), м
p= g h
Давление:
Абсолютное,
барометрическое (атмосферное)
В=101325 Па 0,1 МПа
1 мм.рт.ст. = 133,3 Па
манометрическое
(p=B+Pман ),
вакууметрическое (p=B-Pвак )
9

10. Параметры термодинамического состояния

Абсолютная температура, T
Единицы измерения:
К,( Кельвин); 1 К = 1 оС
Удельный объем ( ),
Единицы измерения:
м3/кг
Абсолютная температура:
Удельный объем:
характеризует степень
нагретости тел, является
среднестатистическим
результатом хаотичного
движения свободных частиц.
характеризует плотность
рабочего тела =1/ .
представляет собой меру
средней
кинетической
энергии молекул
10

11. Уравнение состояния идеального газа

Если термодинамические параметры одинаковы во всех
точках и при этом неизменны во времени, то такое состояние
называется равновесным
для 1 моля (кмоля):
где R - универсальная
газовая постоянная
p R T
работа, совершаемая 1 молем
идеального газа при изменении
температуры на 1К в изобарном
процессе
-
является постоянным числом для любого идеального газа,
имеет единицы измерения Дж/(кмоль К)
и число:
8314 Дж/(кмоль К).
11

12. Уравнение состояния идеального газа

p R T
для 1 кг:
где R - индивидуальная
газовая постоянная
- работа единицы массы (1 кг)
идеального газа в изобарном
процессе при изменении температуры
на 1 К.
Является постоянным числом только для конкретного газа,
имеет единицы измерения Дж/(кг К)
12

13. Термодинамические процессы и циклы

Термодинамический процесс:
всякое изменение хотя бы одного из
параметров состояния.
Прямые и обратные процессы:
Принято считать:
Если в процессе имеет место
увеличение объема (расширение), то
это процесс прямой;
Если объем уменьшается (сжатие), то
это процесс обратный
13
Термодинамический цикл:
совокупность термодинамических
процессов, в которых рабочее
тело, пройдя ряд состояний,
возвращается в исходное
состояние.
Прямые и обратные циклы
Если направление процессов по
часовой стрелке, то цикл
прямой;
Если направление процессов
против часовой стрелки , цикл
обратный.

14. Термодинамические процессы

изобарный
изохорный
изотермический
адиабатический
Политропный процесс
n=0
n=±∞
n=1
14
n=k
1<k<2

15. Термодинамические процессы

Процесс
Изобарный,
p const
Изохорный
const
Изотермический
T const; 0
Взаимосвязь параметров
T2 2
T1 1
q U l
T2 p2
T1
p1
q U
p2 1
p1 2
q l
Адиабатический
q 0
Выражение
первого начала
термодинамики
p2
p1
1
2
15
k
U l

16. Внутренняя энергия

Суммарная кинетическая энергия молекул;
определяется абсолютной температурой и физической природой
тела
Полная: U Дж
Удельная : u, Дж/кг
Изменение внутренней
энергии не зависит от вида
протекающего процесса.
«Теплота
состоит во внутреннем движении собственной материи.; во
вращательном движении частиц , из которых состоят все тела»
М.Ломоносов «Размышления о причине теплоты и
холода», 1744 г.
16

17. Теплота и работа

«Теплота состоит во внутреннем движении собственной материи.;
во вращательном движении частиц , из которых состоят все тела»
Теплота - процесс передачи внутренней энергии обусловленный
наличием неоднородного температурного поля.
Работа - процесс передачи внутренней энергии, обусловленный
изменением объема газообразного рабочего тела.
Теплота и работа – есть способы взаимодействия системы с
окружающей средой.
.
И теплота и работа зависят от вида
термодинамического процесса
17

18. Работа расширения

Для произвольного
Для изобарного процесса
процесса
2
l p d
l p R T
1
18

19. Энтальпия (работоспособность)

Энтальпия
параметр
состояния,
характеризующий
работоспособность системы и выражаемый в виде суммы внутренней
энергии и работы перемещения газа объемом V из вакуума в
пространство с давлением р :
h u p ,
H = U + pV, Дж
Изменение энтальпии не зависит от
вида термодинамического процесса и
определяется только абсолютной
температурой
и
физической
природой тела
Первое начало термодинамики для
открытых систем:
19
Дж/кг
dh du d ( p )
q h l0

20. Работа

Работа расширения, используется для неизменной
массы системы (в закрытых термодинамических
системах) и определяется в общем случае как
2
l ðàñø p d
1
Работа вытеснения
(перемещения), используется при
перемещении массы (газовых
потоков )из области с давлением р1
в область с давлением р2 :
lвытес p2 2 p1 1
или
dlвытес d ( p )
Работа располагаемая,
определяется как разность работы
расширения и работы вытеснения:
dl0 dl расш dlвытес
.
2
l0 dp
1
20
;
или

21. Энтропия

Энтропия – есть мера неупорядоченности системы:
Важно изменение энтропии, а не её абсолютное значение
Энтропия – параметр состояния,
дифференциал которого равен
элементарному количеству теплоты,
отнесенному к абсолютной температуре.
21
dq
dS
T
!

22. Изображение процессов в Т-S координатах

изобарный
изохорный
изотермический
22
адиабатический

23. Теплоемкость идеальных газов

Очевидно:
При подводе теплоты к рабочему телу
увеличивается
внутренней энергии и изменяются параметры состояния
(температура).
Одинаковое количество теплоты, подведенное к телам разной
природы, вызывает неодинаковое изменение температуры.
Количество теплоты необходимое для одинакового изменения
температуры разных тел зависит от физической природы тела
и количества вещества. Чем больше вещества в системе, тем
больше требуется теплоты.
23

24. Теплоёмкость

свойство
рабочего
тела,
характеризующее
количество
теплоты,
получаемое
или
отдаваемое телом, отнесенное к
изменению температуры при
бесконечно малом изменении
его
термодинамического
состояния.
-
24

25.

Виды удельной теплоемкости
Теплоемкость
массовая
объёмная
25
мольная

26. Виды удельной теплоемкости

массовая
объёмная
C
c
m
C
c'
V
Дж
кг К
Дж
м3 К
мольная
(z – количество молей)
C Дж
c ,
z кмоль К
Взаимосвязь между массовой и мольной:
C
c
c'
c
m
V
26

27.

Виды теплоемкости в зависимости от вида
термодинамического процесса
Теплоемкость
Изохорная
Изобарная
dq
c
dT
cp
27
dq p
dT

28. Важные соотношения

Уравнения Майера
cP
k
c
с p c R
Для 1 кг:
Для 1 моля:
с p c R
k- показатель адиабаты
k =5/3 = 1,67 - 1- атомный газ;
k = 7/5 = 1,4 - 2-х атомный;
k= 9/5 = 1,29 - 3-х и более атомный
R
c
k 1
газ.
cP
28
k R
k 1

29. Смеси идеальных газов (газовые смеси)

Состав смеси обычно задается
Vi
ri
Vсм
mi
gi
mсм
объемными,
массовыми
мольными долями.
29
i
zi
см

30. Термодинамические параметры смеси, заданной объемными долями

Плотность
n
см (ri i )
i 1
Молярная кажущаяся
масса
n
см (ri i )
i 1
Газовая постоянная
Парциальные давления
Rсм
30
1
n
ri
R
i 1
i
pi ri pсм

31. Термодинамические параметры смеси, заданной массовыми долями

см
1
n
gi
i 1 i
см
1
n
gi
i 1 i
Плотность
Молярная кажущаяся масса
Газовая постоянная
n
Rсм ( gi Ri )
i 1
Парциальные давления
Ri
pi gi
pсм
R см
31

32. Политропные процессы в идеальных газах

Уравнение политропного
процесса
d
dp
n
p
Соотношения между
параметрами состояния
n
2
p1
p2
1
p n const
Показатель политропы
n
2
1
c cp
c c
Теплоемкость процесса
p2
p
1
n k
c c
n 1
32
n 1
n 1
n
T1
T2
T2
T1

33. Энергетические параметры состояния для неизотермического политропного процесса

Изменение внутренней
энергии
Изменение энтропии
T2
s c ln
T1
u c T
Изменение энтальпии
n k
T2
S c
ln
n 1
T1
h c p T
33

34. Работа политропного процесса

Работа расширения
Располагаемая работа
p n const
n
d
n
dp
p
l
dp
0
p d l расш
R
l
T
n 1
l0 n l
n 1
R T1 p2 n
l
1
n 1 p1
n
l0
R T
n 1
34

35. Теплота политропного процесса

ds
p n const
dq
T
dq c dT
c c
dq T ds
2
q T ds
n k
n 1
1
Численное значение теплоты политропного процесса
эквивалентно площади под процессом в T, s-системе
координат
35
English     Русский Rules