lekcii (Лекции), страница 3

Внутренняя энергия рабочего вещества.Внутренняя энергия- это энергия внутреннего состояния тела. Состоит из термическойэнергии, химической, ядерной энергии.В технической термодинамике рассматриваем только термическую энергию, котораяпредставляет собой энергию движения и взаимодействия молекул и атомов вещества.Для реальных газов, гдевнутренняя кинетическая энергия молекул26Зависит только от температура, т.е.внутренняя потенциальная энергия, обусловленная взаимодействиеммолекулВнутренняя энергия является функцией состояния.

Определяется любыми двумяпараметрами состояния.=Принимается, чтоприИзменение внутренней энергии определяется начальным и конечным состоянием ине зависит от пути (характера) процесса.Определение изменения внутренней энергииПустьСмыслВ дифференциальной форме имеем::27Так какследовательноиНаиболее просто логично определить для идеальных газов, когда кинетическаяэнергия молекул зависит лишь от температуры:тогдаСоответственно, внутренней энергии 1кг идеального газа, равно:приПринужно учитывать, чтоПри изменении температуры отТак какдото по величинеможно вычислить количество теплотыДля реального газа величина10.5. Открытая термодинамическая системаРасполагаемая техническая работаОткрытая термодинамическая система, через границы которой кроме теплоты иработы может проходить само рабочее тело.

Эта система устанавливаемого потокарабочего тела.Открытая система соответствует условиям работы тепловых машин и аппаратов.28работа изменения объема для закрытой системыОткрытая система расширена и состоит из рабочего тела и окружающей среды.Работа термодинамического процесса в открытой системе для устанавливаемогопотока называется располагаемой технической работойДля определения 1кг массы рабочего тела рассмотрим прохождение рабочего телачерез идеальную тепловую машинускорости потока,Точкаотличает состояние рабочего тела при входе в мшину;Точкапри выходе из машины.площади входного и выходного патрубков,перемещения массы газа, м.При входе рабочее тело выполняет работу наполнения:29Процесс входа механический процессВ процессевыполняется работа изменения объема:Затем рабочее тело удаляется из машины. На это затрачивается работаВ итоге работа равна алгебраичной сумме работы, изменения объема и работыпроталкивания рабочего тела через машину:площадьПри распиранииположительнаПри сжатииотрицательна10.6.

Энтальпия газаЭнтальпия газа функция состояния, которая используется для оценки термическойэнергии в открытой системе, в условиях потокаОбозначения:для 1кгдля 6кгкджДля 1кг массы веществаЭнтальпия представляет собой термическую энергию рабочего тела в данномсостоянии и равна сумме его внутренней энергиии потенциальной энергии30давления, она представляет собой энергию, обусловленную статическимнапором, под которым находится рабочее тело в открытой системе.Произведениечисленно равно работе заполнения работе, которую нужнозатратить для получения рабочего тела объемомв среду с давлениемЭнтальпия является функцией состояния, определяется двумя любыми параметрамисостояния:Для 6кгВ технических расчетах используется, при этомопределяетсяначальным и конечным состоянием работы тела и не зависит от характера (пути)процесса, т.е.:10.7.

Математическое выражение T закона термодинамикидля открытой системыдля закрытой системыВ открытых системах такое дифференциальное уравнение не отвечает содеражаниюпроцесса полностьюгдеработа проталкиванияМатематическое выражение первого закона термодинамики для открытой системыимеет вид:Для тепловых машин это выражение предпочтительнее.Для обратных процессов31Определение изменения энтальпии газов в дифференциальной формеПустьФизический смысл:приСледовательноПо закону Джоуля известно, что энтальпия идеальных газов зависит от температуры ине зависит от давления:Для идеальных газовТак какне зависит от характера процесса, то формула справедлива для любыхпроцессов идеального газа. Для газов припри, когдаимеем:32иберутся из таблицыидля этого составлены таблицы энтальпии при разностях температурДля реальных веществ в общих случаях:На основании дифференциального уравнения получаем:термическая расширяемостьВыражение первого закона термодинамики воформе для идеального газаВ заключении следует отметить, что две формы математического выражения первогозакона термодинамики являются равнозначными11.Математические характеристики функцийсостояния и функций процессаВсе величины, изучаемые в термодинамике можно разложить на функции состояния ифункции процесса.

Величиныхарактеризуют рабочее тело в заданном33состоянии, изменения этих величин зависит от начального и конечного состояния и независит от характера процесса:полные дифференциалы, их интегрирование не зависит отхарактера процесса.К функциям процесса относятсяхарактеристики.. Эти величины имеют другие математическиене является полным дифференциаломне является полным дифференциалом12. Энтропия идеального газаЭнтропия функция состояния34для 6кг;для 1кгЭнтропия вводится математическим путемПроведем операцию приведенияэтого уравнения к температуреЭто выражение обладает свойством полного дифференциала:т.к.,Обозначимфункция состояния или свойство рабочего тела, называемое энтропией.Абсолютная величина энтропии в технических расчетах не определяется (однакоусловно можно принять энтропию газа равной нулю приизависит от начального и конечного состояния.После интегрирования получимПри35При13.диаграмма и ее свойстваНаряду сдиаграммой широко используетсяобоснование диаграммы с координатамиТемпература газа в точкахдиаграмма.

Ниже приведенодля идеального газа.и т.д. определяется по уравнению Клапейрона:Энтропия , берется или производится по соотношению:36Изменения энтропии (Определяются по соотношению:Основное свойстводиаграммы состоит в том, что площадь между линиейпроцесса и осью абсцисс выражает теплоту данного обратимого процесса.Диаграмманазывается тепловой диаграммой. Знак теплоты всегда определяетсязнаком изменения энтропии в процессе.теплота подводимаятеплота отводитсяПо направлению процесс можно судить о знаке теплоты3714. Исследование обратимых термодинамических процессовВсе параметрырабочего тела.изменяются, что приводит к изменению состоянияТермодинамические процессы происходят в результате теплового и механическоговзаимодействия рабочего тела сокрушающей средой.

Поэтому кроме измененияпараметров состояния в термодинамических процессах могут участвовать теплота ,работа изменения объема , техническая работа, как со знакомтак и с –Объектом исследования в термодинамических процессах является определениетеплоты и работы процесса.Выделяются 4 вида процессов, характеризующихся постоянством одного изпараметров состоянияпроцессыКроме указанных имеет и еще множество других обратных процессов, которыеназываются политропными. Все они рассматриваются как обратные, идеальные.14.1.

Изохорные процессы.Изохорные процессы – происходят при постоянном объеме рабочего тела (нагреваниеи охлаждение газа в закрытом сосуде);Изображениедиаграмме38Изображение вКриваядиаграммелогарифмическая39С увеличением температуры уклон увеличивается. Изохоры для различных объемовизображаются эквидистантными кривыми с одинаковымиугловыми коэффициентами при одной и той же температуре.14.2. Изобарные процессыИзображение вдиаграмме40(ПриРассмотрениесжатиеииопределяются по общим формуламиз таблицыИз первого закона термодинамики для закрытой системыДляатомных газов (воздух)приЭто уравнение Майерсана величинуИзображение изобары вдиаграмме41это логарифмическаякривая=;Изображение изобары отличается от изображения изохоры крутизной.

Изобараположе изохоры (42Изобары для различных давленийдиаграмме эквидистантными кривымиизображаются в T-S-14.3. Изотермные процессыИзотерма идеального газа вдиаграмме изображается равноосной гиперболой.Это закон Бойля-Мариоттаиравны нулю ()Теплота определяется из первого закона термодинамики43Изображение изотермного процесса вдиаграммеПри изотерическом сжатии или расширении все тепло превращается в работу инаоборот. В реальных процессах осуществить это невозможно, но есть схема тепловыхмашин, где реализуются приближения к изотерическим процессам, что даетвозможность увеличить количество работы, получаемой из тепловой энергии(например сжатие газа в многоступенчатом компрессоре с промежуточнымохлаждением рабочего тела и др.)14.4. Адиабатные процессыЭти процессы без отвода и подвода теплоты извне, т.е.

без теплообмена рабочеготела с внешней средой.изменяютсяВывод уравнения адиабатыНа основании первого закона термодинамики44Дляатомных газовДляатомных газов (водяной пар)С повышением температурыАдиабата вприуменьшается.диаграмме изображается круге изотермы45СледовательноСоотношения между46Определение работы расширенияпосле подстановки под знак интеграла и интегрирования имеем:Кроме того, так как в адиабатных процессах привнешняя работа выполняется засчет внутренней энергии (первый закон термодинамики), то можно записать:Это соотношение показывает, что при адиабатном процессе работа расширениясовершается за счет уменьшения внутренней энергии самого рабочего телаСхема энергобалансаИзображение адиабаты вдиаграмме47Адиабатный обратимый процесс называется также изоэнтропическим илиизоэнтропнымРабочие процессы расширения и сжатия газов в тепловых машинах близки кадиабатным14.5.