Само название нашего курса «Тепло и теплотехника», по-видимому, не требует пояснений. Значение тепловых и холодильных процессов в технологии, да и вообще в




НазваниеСамо название нашего курса «Тепло и теплотехника», по-видимому, не требует пояснений. Значение тепловых и холодильных процессов в технологии, да и вообще в
страница1/9
Дата публикации28.06.2013
Размер0.88 Mb.
ТипДокументы
zadocs.ru > Химия > Документы
  1   2   3   4   5   6   7   8   9
Введение

Само название нашего курса «Тепло и теплотехника», по-видимому, не требует пояснений. Значение тепловых и холодильных процессов в технологии, да и вообще в природе, понятно каждому современному человеку (пусть даже и весьма молодому, как Вы). В течение одного учебного семестра Вы прослушаете лекционный курс в объёме 34-х часов и проведёте лабораторные занятия. В конце семестра предстоит сдать экзамен.

Лекционный курс состоит из двух основных разделов – технической термодинамики и теплопередачи. В связи с чрезвычайно сжатым объёмом лекций, вопросы устройства и работы тепловых и холодильных установок рассматриваются кратко в рамках технической термодинамики при изучении соответствующих термодинамических циклов.

1 ЧАСТЬ

Техническая термодинамика

Общая или физическая термодинамика является разделом теоретической физики и представляет собой науку о превращениях различных видов энергии друг в друга.

Термодинамика базируется на двух основных началах:

Первым началом является закон сохранения энергии в различных процессах.

Второе начало устанавливает протекания и направленность макроскопических процессов в системах, состоящих из большого числа частиц.

В ходе развития общей термодинамики и её приложений в области других наук постепенно сформировались два направления: техническая термодинамика и химическая термодинамика.

^ Химическая термодинамика изучает взаимные превращения различных видов энергии в химических процессах и является разделом физической химии.

Техническая термодинамика изучает закономерности взаимного превращения теплоты и работы в различных тепловых и холодильных машинах и аппаратах.

^ 1. Основные термодинамические параметры состояния

Процессы преобразования "теплоты" в работу, протекающие в различных тепловых машинах, или преобразования работы в "холод", протекающие в холодильных установках, осуществляются с участием рабочего тела. Например, в паровых турбинах рабочим телом является водяной пар, в поршневых двигателях и газотурбинных установках - газообразные продукты сгорания топлива, в компрессорах - газ или пар, в холодильных установках - хладоагент (аммиак, фреоны и др. вещества).

Физическое состояние любого тела характеризуется термодинамическими параметрами. В качестве основных термодинамических параметров принимают удельный объём, абсолютное давление и абсолютную температуру.

^ Удельным объёмом тела называется величина, равная отношению объёма тела V к его массе m:

(1)

В системе СИ удельный объём имеет размерность .

Величина, обратная удельному объёму , , называется плотностью.

Абсолютным давлением p называется отношение нормально направленной силы F к площади поверхности S, на которую действует эта сила:

, (2)

В системе СИ единицу измерения давления принят паскаль (1Па=1).

В практических расчетах применяют и другие единицы измерения давления, например:

более удобная единица, так как близка атмосферному давлению и кратная Па

бар - 1бар =100000 Па = ;

техническая атмосфера -

1 ат = 1 = 98100 Па;

физическая атмосфера -

при t=0˚С=273,15K 1 атм = 760 мм рт. ст. = 101325 Па.

Не следует путать физическую атмосферу (как единицу измерения давления) с атмосферным давлением.

^ Атмосферное давление (барометрическое) измеряют барометрами. Оно не является постоянной величиной и зависит от состояния атмосферы, высоты над уровнем моря и географических координат. Обычно находится в пределах 730 - 770 мм рт. ст.

^ Избыточное давление (манометрическое) измеряют манометрами

(при >).

Величину разряжения измеряют вакуумметрами

(при <).

Необходимо подчеркнуть, что термодинамическим параметром является только абсолютное давление .

^ Абсолютная температура Т представляет собой меру средней кинетической энергии (теплового) движения молекул тела.

В качестве единицы измерения абсолютной температуры принят Кельвин.

Абсолютная температура, соответствующая тройной точке воды (при которой лёд, жидкая вода и водяной пар находятся в равновесии) равна 273,15 К.

Широкое практическое применение имеет также температурная шкала Цельсия, в которой за начало отсчёта принята температура тройной точки воды. Абсолютная температура связана с температурой по Цельсию уравнением

Т, К = t, ˚С + 273,15 (3)

Между температурными шкалами Кельвина и Цельсия существует различие только в выборе начала отсчета. Сами же единицы измерения температур, т.е. К и ˚С, одинаковы.

Термодинамическим параметром является только абсолютная температура, измеряемая по шкале Кельвина.

^ 2. Термодинамическая система

При термодинамическом изучении различных явлений в качестве объекта исследования выделяется какое-либо тело или группа тел, называемых термодинамической системой. Все другие тела, не входящие в эту систему, называют окружающей средой.

В общем случае система может обмениваться с окружающей средой веществом и энергией (в виде работы и теплоты). Такая система называется открытой.

Если исключено всякое взаимодействие термодинамической системы с окружающей средой, говорят, что система полностью изолирована или замкнута.

Если исключена только возможность теплообмена системы с окружающей средой, говорят, что система теплоизолирована или адиабатна.

Система, имеющая во всех своих частях одинаковый химический состав и одинаковые физические свойства, называется однокомпонентной и гомогенной (например, лёд или вода или насыщенный водяной пар, взятые в отдельности).

Система, состоящая из нескольких макроскопических частей, одинаковых по химическому составу, но отличающихся по физическим свойствам, называется однокомпонентной гетерогенной (например, влажный водяной пар, смесь воды со льдом). Части такой системы, в пределах которых физические свойства одинаковы, называются фазами (твёрдая, жидкая, газообразная).

Система, состоящая из смеси нескольких химически различных веществ, находящихся в одинаковом фазовом состоянии (т.е. только в твёрдом или только в жидком, или только в газообразном) называется многокомпонентной однофазной (например, воздух, представляющий собой смесь газов - азота, кислорода и др.).

И, наконец, система, состоящая из нескольких различных химических веществ, находящихся в разных фазовых состояниях, называется многокомпонентной многофазной (например, запыленный воздух).

Простейшими для термодинамического анализа являются однокомпонентные гомогенные системы.
3. Термодинамический процесс

Термодинамическое состояние однокомпонентной однофазной системы полностью определяется всего лишь двумя из трёх основных параметров состояния. Это обстоятельство математически выражается уравнением состояния

, (4)

из которого можно получить частные зависимости любого параметра от двух других в виде уравнений:

(5)

^ Равновесным состоянием системы называется такое, при котором во всех точках объёма системы все термодинамические параметры одинаковы, т.е. не зависят от пространственных координат.

^ Равновесным процессом называется такой процесс, в котором все термодинамические параметры системы изменяются во времени одинаково и одновременно во всех точках её объёма.

Строго говоря, все реальные процессы неравновесны. Однако, при определённых условиях, реальные процессы очень близки к равновесным.

Равновесные процессы сравнительно просто описываются математически и графически. В самом деле, если известен конкретный вид уравнения состояния (4), пользуясь этим уравнением можно построить в координатах р, , Т некоторую поверхность, которая называется термодинамической поверхностью.

Каждая точка этой поверхности соответствует вполне определённому равновесному состоянию системы, а любая линия, расположенная на этой поверхности, изображает равновесный процесс.
^ 4. Идеальные газы

Идеальными называют такие газы, для которых можно пренебречь размерами молекул и силами взаимодействия между молекулами.

Все реальные газы в определенной области температур и давлений обладают свойствами, близкими к идеальным газам.

Состояние идеального газа описывается уравнением Клапейрона

(6)

где R - постоянная для данного газа.

Это уравнение записано для 1 кг газа, т.к. в него входит удельный объём . Для произвольной массы m идеального газа уравнение состояния имеет вид

,

здесь V - объём занимаемый газом.

Для одного киломоля газа уравнение состояния будет

,

где - объём киломоля газа (молярный объём),

(7)

=8314 Дж/(кмоль·К) - универсальная газовая постоянная,

- молярная масса газа, кг/кмоль.

Протекающие процессы при постоянном значении одного из параметров и при изменении 2-х остальных имеют специальные названия:

а) изобарный (при p=const);

б) изохорный (при =const);

в) изотермный (при Т=const).

Графические изображения этих процессов для идеальных газов показаны на рис.1.

Рис. 1

Изобара и изохора являются прямыми линиями, а изотерма представляет собой гиперболу (в этом легко убедиться, рассматривая уравнение Клапейрона).

Для реальных газов эти же процессы описываются более сложными зависимостями, которые будут рассмотрены в дальнейшем.
^ 5. Смесь идеальных газов

Помимо основных термодинамических параметров р, и Т состояние газовой смеси характеризуется её составом.

^ Состав газовой смеси из n компонентов может быть задан массовыми или объёмными долями.

Массовой долей i-го компонента называется отношение его массы к общей массе смеси m

.

Поскольку сумма масс всех компонентов равна массе смеси, т.е.

,

очевидно, что сумма всех массовых долей равна 1, т.е.

.

^ Объёмной долей i-го компонента называется отношение парциального объёма данного компонента к общему объёму смеси V

.

Под парциальным объёмом имеется в виду такой объём, который занимал бы данный компонент при отсутствии других компонентов, если бы его температура и давление равнялись температуре и давлению газовой смеси.

Для смеси идеальных газов сумма парциальных объёмов всех компонентов равна общему объёму смеси

,

поэтому сумма объёмных долей всех компонентов равна 1, т.е.



Эти уравнения справедливы только для идеальных газов.

Массовые и объёмные доли связаны очевидным соотношением

,

где - удельные объёмы смеси и отдельных компонентов.

Для смеси идеальных газов справедлив закон Дальтона, согласно которому общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений компонентов

. (9)

^ Парциальным давлением компонента называется такое давление, которое имел бы один этот компонент, занимая весь объём V при той же температуре. Парциальное давление определяется формулой

(10)

Для смеси идеальных газов также справедливо уравнение Клапейрона

,

где R - газовая постоянная смеси, - её удельный объём.

В зависимости от того, как задан состав смеси, величина R вычисляется по одному из следующих уравнений

(11)

где - газовая постоянная отдельных компонентов.

Газовую постоянную можно определить также по формуле

,

где - средняя молярная масса смеси газов

, (13)

- молярные массы компонентов.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Само название нашего курса «Тепло и теплотехника», по-видимому, не требует пояснений. Значение тепловых и холодильных процессов в технологии, да и вообще в iconЛекция №16
Природа этих процессов различна. При анализе тепловых режимов аппаратуры рассчитывают тепловые потоки, при изучении электромагнитных...

Само название нашего курса «Тепло и теплотехника», по-видимому, не требует пояснений. Значение тепловых и холодильных процессов в технологии, да и вообще в iconАнгл shabby поношенный, потертый название стиля в интерьере, декоре,...
Само название буквально можно перевести как “потёртый блеск” или “потёртый шик”, что и отражает его сущность. Это очень молодой стиль,...

Само название нашего курса «Тепло и теплотехника», по-видимому, не требует пояснений. Значение тепловых и холодильных процессов в технологии, да и вообще в icon исследование информационных процессов любой природы
Информатика предмет и задачи курса. Информационные технологии. Информационное общество. Информационные революции. Поколения компьютерных...

Само название нашего курса «Тепло и теплотехника», по-видимому, не требует пояснений. Значение тепловых и холодильных процессов в технологии, да и вообще в iconГрафики отключения потребителей от услуг горячего водоснабжения для...
Спортивная, д. 11; 7; 7а (мбдоу детский сад №23); 9; 5; 5 к. 1; 5 к. 2; 5 к. 3; 1; 2; 3а (аоу школа №10)

Само название нашего курса «Тепло и теплотехника», по-видимому, не требует пояснений. Значение тепловых и холодильных процессов в технологии, да и вообще в iconПсихология как наука. Предмет и задачи психологии Само название предмета...
Само название предмета в переводе с древнегреческого означает " psyche " душа, " logos " наука, учение, то есть "наука о душе"

Само название нашего курса «Тепло и теплотехника», по-видимому, не требует пояснений. Значение тепловых и холодильных процессов в технологии, да и вообще в iconЧтобы тепло было целебным, его надо правильно выбирать и правильно использовать!
С и жесткое от более горячего источника. Воспринимаем тепло мы двумя способами: на расстоянии от источника тепла лучистое тепло,...

Само название нашего курса «Тепло и теплотехника», по-видимому, не требует пояснений. Значение тепловых и холодильных процессов в технологии, да и вообще в iconПрограмма курса Введение
Делается попытка представить альтернативную классификацию изменчивости, основанную на рассмотрении матричных и ступенчатых процессов...

Само название нашего курса «Тепло и теплотехника», по-видимому, не требует пояснений. Значение тепловых и холодильных процессов в технологии, да и вообще в iconНазвание доклада (тезисов)
Название проекта: Разработка технологии производства композиционного материала системы Sic-al методом горячего прессования

Само название нашего курса «Тепло и теплотехника», по-видимому, не требует пояснений. Значение тепловых и холодильных процессов в технологии, да и вообще в iconРешение задач выбора источников, путей и способов получения информации....
Социальные технологии — это система знаний об оптимальных способах преобразования и регулирования социальных отношений и процессов...

Само название нашего курса «Тепло и теплотехника», по-видимому, не требует пояснений. Значение тепловых и холодильных процессов в технологии, да и вообще в icon3. Решение проблемы греха >II. Священство Христа в Новом Завете
Откр. 12: 11), а также окончательное искоренение зла из нашего мира (Откр. 20: 9–15). Акцент Нового Завета на окончательности искупительной...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов