Термодинамика и теплопередача Болгарский А.В. Мухачев Г.А. Щукин В.К.

А, В. Болгарский, Г. А. Мухачев, В. К. Щуки ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕПЛОП ЕРЕДАЧА ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ Допущено Министерствам высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов авиационных сцециаль- настей высших учебных заведений.

МОСКВА сВЫСШАЯ ШКОЛА» !975 БП2.2 Б79 УЙ К 536/536.2 Р е ц е н з е н т ы: 1) кафедра Харьковского авиационного института; 2) Чл.-корр. АН СССР Г. Н. Кружилнн. Болгарский А. В. и др. Б79 Термодинамика и теплопередача. Учебн. для вузов. Изд. 2-е, перераб.

и доп. Ма «Высш. школа», !975. чй5 с. с ил. Перед загл, аитл Болгарский А. Б., Мухачеи Г. А., Шукин Б К, Учебник состоит из и-к частей. В первой части излагаются асмовные законы термоднмамиии, термодимемические процессы, реальные тазы и пары, даются ос ванные полажение химической термодинамикй. Ва второй части главное внимание уделено явлениям теплоабмене а авиационной м ракетной технике, процессам тел лоотдачя прн больших скоростях газа, вопросам теплообмена в вакууме и др. па сравнению с тм изданием книга основательно переработана, сокращены некоторые перегреб>в> н раэделы, ие имеюшие атношени» и авиационной и ракет. пой текннке. Введены новые разделы «термоднмамика плазмы> и «термодмнамнка необратимык процессов>.

Предмазначаетсм в качестве учебника для студентов авиационных вузов ВП2.2 аоцоц) — тз аз Издательство «Высшая школа». Гртб. ПРЕДИСЛОВИЕ Предлагаемая книга построена в соответствии с учебной программой по термодинамике и теории теплообмена для авиационных вузов и отражает специфику задач, стоящих перед будущими авиационными специалистами. В первой части учебника излагаются основные законы термодинамики, термодинамические процессы, реальные газы и пары, рассматриваются циклы двигателей внутреннего сгорания, газотурбинных установок и реактивных двигателей; даются основные положения химической термодинамики, необходимые для построения теории горения.

Во второй части учебника наряду с общими положениями учения о теплообмене главное внимание уделено явлениям теплообмена в авиационной и ракетной технике: процессам теплоотдачи при больших скоростях газа, вопросам теплообмена в вакууме, в условиях подвода инородного газа в пограничный слой и т. п. В переработанном издании, несмотря на необходимость дополнить книгу новым материалом, авторы стремились существенно не изменять ее объема. С этой целью из методических соображений был пересмотрен и уточнен текст книги и из него были удалены некоторые подробности и вопросы, касающиеся смежных дисциплин.

Во втором издании учебника в первой части более подробно рассмотрены вопросы трактовки первого и второго законов термодинамики, реальных газов; значительно переработаны разделы химической термодинамики, дифференциальных уравнений термодинамики, паровых и парогазовых циклов; включены разделы, посвященные эксергетическому методу исследования, термодинамике плазмы, термодинамике необратимых процессов. Вторая часть учебника дополнена разделами о теплообмене при наличии инерционных массовых сил в системе и в химически реагирующих потоках. Раздел «Термодинамика» переработан и подготовлен ко второму изданию доц. Г.

А. Мухачевым, а раздел «Теория теплообмена» проф. В. К. Щукиным. Авторы выражают свою глубокую признательность чл.-кор. АН СССР И. И. Новикову за критические замечания и советы, сделанные к первому изданию книги, а таки«е коллективу кафедры Харьковского авиационного института, возглавляемой проф.

А. И. Борисенко, за всестороннее обсуждение рукописи учебника при подготовке его к первому и второму изданиям. Ав1оры благодарны за критические замечания и советы чл.-кор. АН СССР Г. Н. Кружилину и кафедрам «Теплотехники» Куйбышевского и Уфимского авиационных институтов и Университета дружбы народов им. Патриса Лумумбы. Авторы благодарят сотрудников кафедры ТОТ Казанского авиационного института Н. К. Арсланова, Н. С, Идиатуллина за замечания и советы, в также Л. В. Игнатьеву за помошь в оформлении учебника.

Авторы заинтересованы в широкой оценке опыта создания краткого учебника, а также в дальнейшем его улучшении и прося1 читателей присылать свои отзывы о книге по адресу: Москва,ул. Неглинная, 29/14, Издательство «Высшая школа». Авторы Часть первая ТЕРМОДИНАМИКА ВВЕДЕНИЕ Все явления и процессы в природе представляют собой различные формы движения материи.

Ф, Энгельс говорит: «Движение, рассматриваемое в самом общем смысле слова, т. е. понимаемое как форма бытия материи, как внутренне присущий материи атрибут, обнимает собой все происходящие во Вселенной изменения л процессы, начиная с простого перемещения и кончая мышлением»*. Каждое тело, каждая небольшая масса материи обладает определенным запасом внутренней энергии, определяющим то пли иное состояние этой материи; этой энергией данное тело может обмениваться с другими телами и этот обмен представляет собой тз процессы, которые происходят в природе. В процессах и явлениях природы энергия тел преобразуется из одного вида в другой. Горение топлива — преобразование химической энергии в теплоту; в паровом котле эта теплота передаегся от продуктов сгорания воде, которая превращается в пар, теплота пара в паровой турбине превращается в механическую работу, в генераторе электрического тока механическая работа превращается в электрическую энергию, которая передается потребителям.

У потребителя происходит обратное превращение; в электромоторах электрическая энергия превращается в механическую работу, в осветительных приборах — в световую (лучистую) энергию, в электронагревателях — в тепло и т. п. Все виды энергии имеют огромное значение в жизни человека, и поэтому законы их взаимопревращения требуют самого тщательного изучения, так как только знание этих законов позволяет с наибольшей эффективностью и с наиболее высоким коэффициентом полезного действия использовать энергию в жизни. Наука, занимающаяся изучением законов взаямопреобразоиапия и передачи энергии, называется т е р м о д и н а м и к о й.

Сле,довательно, термодинамика в наиболее общем смысле предста»лает собой науку об энергии. Исторически термодинамкка возникла в результате изучения взаимопревращения теплоты и работы в тепловых машинах; этот раздел термодинамики называется технической тер- ' Ф. Энгельс, »Диалектика природы». Госполктиздат, ШББ, сто. 44, з«одинаяикоц. Изучением химических процессов с термодинамической точки зрения занимается химическая термодина.яика. Термодинамика рассматривает тела, состоящие из большого количества молекул (системы), и в ее классическом виде не принимает во внимание поведение и свойства отдельных молекул, взаимодействие между ними, энергетические превращения внутри тел. С точки зрения современной физики классическая термодинамика явно недостаточна, несмотря на ее большое значение в описании многочисленных явлений и общих выводов, которые делаются на основании законов, составляющих фундамент этой науки. Здание, воздвигнутое на этом фундаменте, приводит к важным результатам в отношении физических свойств систем и процессов в них.

Оценкой поведения отдельных молекул занимается молекулярно- кинетическая теория вещества, которая обосновывает результаты термодинамики. Поведением систем, состоящих из большого числа частиц, занимается статистическая физика, которая определяет свойства систем (тел) математическими методами, основанными на теории вероятности. И молекулярно-кинетическая теория вещества, и статистическая физика являются теоретнч ской базой термодинамики.

Хч)П век был веком идеалистических представлений о природе; изучение ее велось чисто метафизическими методами без учета взаимосвязанности и обусловленности явлений, без ясности представления о сущности материи. Явления природы объяснялись не движением материн, а перетеканием в ней особых невесомых >кидкостей: нагрев и охлаждение тел объяснялись перетеканием теплорода, а горение — перетеканием флогистона, электрические явления— перетеканиемособойэлектрической жидкости ит. п. Попытки материалистического объяснения явлений природы существовали и раньше: лучшне умы еще в Древней Греции утверждали, что все в природе состоит из атомов. В ХА!1 веке Бэкон высказал предположение о том, что теплота вызывается движением атомов.