Thermodynamics
.pdf
|
1 |
Оглавление |
|
Список литературы .............................................................. |
7 |
1. Введение ......................................................................... |
9 |
1.1. Основные понятия термодинамики............................... |
9 |
1.2. Свойства функций состояния и функций процесса ...... |
11 |
2. Первый закон термодинамики ......................................... |
14 |
2.1. Принцип эквивалентности ......................................... |
14 |
2.2. Аналитические выражения и формулировки 1-го закона |
|
термодинамики ............................................................... |
16 |
2.3. Работа...................................................................... |
17 |
2.4. Аналитические выражения 1-го закона термодинамики19 |
|
2.5. Энтальпия ................................................................ |
19 |
2.6. 1-й закон термодинамики для потока вещества .......... |
20 |
3. Законы и уравнения идеальных газов.............................. |
24 |
3.1. Уравнение Клапейрона – Менделеева ........................ |
24 |
3.2. Калорические свойства идеального газа .................... |
25 |
3.3. Теплоемкость ........................................................... |
26 |
3.3.1. Теплоемкость при постоянном объеме (изохорная |
|
теплоемкость) .............................................................. |
26 |
3.3.2. Теплоемкость при постоянном давлении (изобарная |
|
теплоемкость) .............................................................. |
27 |
3.3.3. Уравнение Майера............................................... |
27 |
|
2 |
3.3.4. Молекулярно-кинетическая теория теплоемкости |
|
идеального газа ........................................................... |
27 |
4. Расчет процессов идеального газа................................... |
30 |
4.1. Изохорный процесс................................................... |
30 |
4.2. Изобарный процесс (р = const).................................. |
31 |
4.3. Изотермический процесс (T = const) .......................... |
32 |
4.4. Адиабатный процесс (для газа, теплоемкость которого |
|
постоянна)...................................................................... |
33 |
4.5. Адиабатный процесс (для газа, теплоемкость которого |
|
зависит от температуры).................................................. |
36 |
4.6. Политропные процессы ............................................. |
37 |
4.7. Процессы в потоке вещества ..................................... |
40 |
4.7.1. Подвод (отвод) теплоты в потоке (в теплообменных |
|
аппаратах)................................................................... |
40 |
4.7.2. Техническая работа в адиабатных процессах (для |
|
газа, теплоемкость которого постоянна) ........................ |
40 |
4.7.3.Техническая работа в адиабатных процессах (для газа, теплоемкость которого зависит от температуры) .... 40
4.7.4.Техническая работа и теплота в политропных процессах для газа, теплоемкость которого зависит от
температуры (на примере охлаждаемого компрессора) ... 41
4.8. Смеси газов.............................................................. |
42 |
5. Второй закон термодинамики .......................................... |
45 |
|
3 |
5.1. Формулировки второго закона ................................... |
45 |
5.2 Процессы обратимые и необратимые........................... |
45 |
5.3. Круговые процессы (циклы) ...................................... |
47 |
5.4. Цикл Карно .............................................................. |
48 |
5.5. 1-я теорема Карно .................................................... |
50 |
5.6. Энтропия – функция состояния.................................. |
50 |
5.7. Расчет изменения энтропии идеального газа .............. |
52 |
5.8. Расчет адиабатного процесса идеального газа, |
|
теплоемкость которого зависит от температуры (второй |
|
способ)........................................................................... |
54 |
5.9. T,s –диаграмма идеального газа ................................ |
55 |
5.10. Вторая теорема Карно ............................................. |
58 |
5.11.Второй закон термодинамики для необратимых
процессов ....................................................................... |
58 |
5.12. Энтропия изолированной системы............................ |
60 |
5.13. Статистический характер 2-го закона термодинамики 62 |
|
6. Эксергетический анализ термодинамических систем......... |
64 |
6.1. Основные понятия .................................................... |
64 |
6.2. Эксергия неподвижной системы................................. |
64 |
6.3. Эксергия теплоты ..................................................... |
65 |
6.4. Эксергия потока вещества......................................... |
68 |
6.5. Эксергетический анализ............................................ |
69 |
4
7.Термодинамические свойства и процессы реальных газов. 71
7.1.Основные отличия свойств реальных газов от идеальных
...................................................................................... |
71 |
7.2. Р,v-диаграмма реального газа. Опыт Т.Эндрюса.......... |
71 |
7.3. Кривая насыщения ................................................... |
73 |
7.4. Полные (фазовые) р,Т- и р,v- диаграммы ................... |
74 |
7.5. Влажный пар ............................................................ |
75 |
7.6. T,s-диаграмма реального газа (на примере водяного |
|
пара).............................................................................. |
76 |
7.7. h,s-диаграмма реального газа (на примере водяного |
|
пара).............................................................................. |
79 |
7.8. Термодинамические процессы реальных газов............ |
81 |
7.9. Правило фаз Гиббса.................................................. |
86 |
7.10. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса............................ |
86 |
7.11. Надкритическая область параметров состояния ........ |
89 |
8. Термодинамика потока вещества..................................... |
91 |
8.1. Основные уравнения................................................. |
91 |
8.2. Параметры адиабатного торможения.......................... |
92 |
8.3. Сопло. Расчет скорости течения................................. |
93 |
8.4. Расход газа (пара) через сопло ................................. |
97 |
8.5. Скорость звука ......................................................... |
98 |
8.6. Параметры газа (пара) при кризисе течения .............. |
99 |
|
5 |
8.7. Профиль сопла. Закон обращения воздействия.......... |
100 |
8.8. Расчет сужающихся сопел (3 случая течения) ........... |
102 |
8.9. Сопло Лаваля .......................................................... |
105 |
8.10. Процессы в диффузоре .......................................... |
106 |
8.11. Адиабатное дросселирование ................................. |
108 |
8.12. Сравнение эффектов внутреннего охлаждения ........ |
111 |
9. Сжатие газов в компрессорах......................................... |
113 |
9.1. Общие положения.................................................... |
113 |
9.2. Неохлаждаемый компрессор ..................................... |
113 |
9.3. Охлаждаемый компрессор ........................................ |
114 |
9.4. Многоступенчатый компрессор ................................. |
115 |
10. Дифференциальные уравнения термодинамики ............. |
118 |
10.1. Характеристические функции ................................. |
118 |
10.2.Зависимость калорических свойств веществ от
давления ....................................................................... |
120 |
10.3.Термодинамические соотношения для систем с
переменной массой ........................................................ |
122 |
11.Равновесие термодинамических систем.......................... |
124 |
11.1. Общие условия равновесия термодинамических систем |
|
..................................................................................... |
124 |
11.2. Условия равновесия изолированной системы ........... |
125 |
11.3. Условия фазового равновесия................................. |
126 |
|
6 |
12. Термические уравнения состояния реального газа......... |
128 |
12.1. Уравнение Ван-дер Ваальса.................................... |
128 |
12.2. Вириальное уравнение состояния ........................... |
131 |
7
Список литературы
а) основная литература
1.Кириллин А.В., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика: / Учебник // – 5-е изд. – М.: Издательский дом МЭИ. 2007. 496 с.
2.Александров А.А. Термодинамические основы циклов
теплоэнергетических установок. / Учебное пособие. – М.: Издательство МЭИ, 2004. –158 с.
3. Сборник задач по технической термодинамике / Т.Н. Андрианова и др. – 5-е изд. – М.: Издательский дом МЭИ. 2006. – 356 с.
4.Зубарев В.Н., Александров А.А., Охотин В.С. Практикум по технической термодинамике. – 3-е изд. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 304 с.
б) дополнительная литература
5.Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. – М.: Издательство МЭИ. 1999. 162 с.
6.Александров А.А., Орлов К.А., Очков, В.Ф. Теплофизические свойства рабочих веществ теплоэнергетики – М.: Издательский дом МЭИ, 2009. – 224 с.
7.Ривкин С.Л. Термодинамические свойства газов. – 4-е изд. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 287 с.
8.Зубарев В.Н., Филатов Н.Я. Таблицы термодинамических свойств газов – М.: Издательство МЭИ, 2004. – 48с.
8
9.Охотин В.С., Александров А.А. Таблицы термодинамических свойств хладагентов – М.: Издательский дом МЭИ, 2006. –
32 с.
10.Набор программ для вычисления свойств воды, водяного пара, газов и смесей газов «WaterSteamPro» / А.В. Очков // http://www.wsp.ru
9
1. ВВЕДЕНИЕ
1.1. Основные понятия термодинамики
Предмет технической термодинамики.
Термодинамическая система и окружающая среда
Тела 1, 2, 3 –
термодинамическая система; тела 4 – 8 – окружающая среда.
Рис. 1.1
Виды термодинамических систем
Изолированная система (m = const, Q = 0, L = 0); закрытая система (m = const);
адиабатная система (Q = 0); открытая система (m = var);
поток вещества – открытая система [m (кг/с) = const].
10
Параметры и функции состояния
|
V |
U |
Т, р, V, U, v |
m , u |
m ,… |
Термические (p, v, T) и калорические (u, h) свойства. |
||
Термическое |
уравнение состояния F(p, v, T) = 0, v = f(p, T), |
|
p = f(v, T). |
|
|
Калорическое уравнение состояния u = f(T, v), h = f(T, p). Равновесное состояние системы
Рис. 1.2
Термодинамический процесс
Равновесные и неравновесные процессы