Техническая термодинамика

9. Циклы паросиловых установок

9.1. Паровой цикл Карно…………………………………………………....60

9.2. Цикл Ренкина…………………………………………………………....61

9.3. Повышение

цикла Ренкина………………………………………....62

9.4. Цикл с двойным перегревом пара……………………………………...62

9.5. Регенеративный цикл…………………………….……………………..63

9.6. Коэффициенты полезного действия…………….…………………….64

9.7. Контрольные вопросы………………………………………………….66

10. Циклы двигателей внутреннего сгорания

10.1. Цикл Отто (цикл быстрого горения с подводом теплоты при пос-

тоянном объеме)..………….…………………………..……………....67

10.2. Цикл Дизеля (цикл медленного горения, с подводом теплоты при

постоянном давлении)……….…………………………...…………....68

10.3. Цикл Тринклера (цикл со смешанным подводом теплоты)….……..69

10.4. Сравнение циклов ДВС………………………………………………..70

10.5. Контрольные вопросы………………………………………………....71

11. Циклы газотурбинных установок и реактивных двигателей

11.1. Газотурбинные установки. Общая характеристика………………....71

11.2. Цикл простейшей ГТУ……………………………………….………..72

11.3. Принцип работы реактивного двигателя…………………………….73

11.4. Способы повышения

ГТУ………………………………………….74

11.5. Контрольные вопросы………………………………………………...76

12. Циклы холодильных установок

12.1. Холодильные установки морских судов…………………………......76

12.2. Циклы воздушных, пароэжекторных и абсорбционных холодиль-

ных установок……………………………………………………….....78

12.3. Контрольные вопросы………………………………………………...80

13. Компрессоры

13.1. Компрессоры…………………………………………………………..80

13.2. Определение работы ступени идеального компрессора……………81

13.3. Цикл одноступенчатого компрессора………………………………..82

13.4. Контрольные вопросы………………………………………………...82

14. Истечение

14.1. Определение работы истечения газа или пара……………………....83

14.2. Определение скорости при истечении……………………………….84

14.3. Массовый секундный расход газа или пара при адиабатном рас-

расширении…………………………………………………………….85

14.4. Форма струи при адиабатном истечении газа и пара…………….….85

14.5. Критическое отношение давлений…………………………………....87

14.6. Построение сопла для использования полного теплоперепада (сопла

переменного сечения – сопла Лаваля)………………………………...87

14.7. Истечение через короткое цилиндрическое сопло……………….….89

14.8. Графики скорости, расхода и удельного объема…………………….90

14.9. Изохорное истечение газа и пара………………………………….….91

14.10. Адиабатное истечение с трением………………………….…….…..92

14.11. Дросселирование (мятие) пара………………………………….…...92

14.12. Контрольные вопросы…………………………………………….….93

Литература………..……………………………………………………….….94

Светлой памяти профессора

Всеволода Феоктистовича Коваленко

Основы термодинамики

1. Введение. Основные понятия и определения

В широком понимании термодинамика изучает законы превращения энергии в различного рода физических и химических процессах, сопровождающихся преобразованием теплоты в иные виды энергии (механическую, электрическую, химическую). Широта вопросов, охватываемых термодинамическим методом исследования, вызвала разделение термодинамики на отдельные специализированные области:

- общая или физическая термодинамика, предметом изучения которой являются процессы превращения энергии в твердых, жидких и газообразных телах, излучение различных тел, магнитные и электрические явления, а также установление математических зависимостей между термодинамическими величинами;

- химическая термодинамика изучает химические и физико-химические процессы и равновесие на основе законов общей термодинамики;

- техническая термодинамика рассматривает применение основных законов термодинамики к теплотехнике и хладотехнике.

Техническая термодинамика – наука, изучающая процессы взаимного преобразования теплоты и работы в тепловых двигателях и тепловых машинах, а также свойства тел, которые участвуют в этих преобразованиях.

Вся термодинамика базируется на трех экспериментально установленных законах термодинамики:

I закон – «Для того, чтобы получить работу, необходимо тратить теплоту». Этот закон представляет собой приложение к тепловым явлениям всеобщего закона природы – закона превращения и сохранения энергии.

II закон – «Для того, чтобы получить работу, необходимо отводить теплоту». Этот закон устанавливает условия протекания и направленность макроскопических процессов в системах, состоящих из большого количества частиц. Поэтому имеет более ограниченное применение.

В начале ХХ века I и II законы термодинамики были дополнены еще одним опытным положением, названным III законом: «При абсолютном нуле (0^оК) энергия равна нулю». Этот закон позволяет определить свойства тел при очень низких температурах, используется в химической термодинамике.

Термодинамика в целом в первую очередь основывается на законе сохранения и превращения энергии. До середины XVIII века наука рассматривала теплоту как особое (невесомое, неуничтожаемое и несоздаваемое) вещество – теплород. Первым, кто опроверг этот взгляд, был М.В.Ломоносов (1744 г.). Он первым высказал идею закона сохранения энергии, хотя и без количественных соотношений.

Техническая термодинамика, применяя основные законы к процессам превращения теплоты в механическую работу и наоборот, дала возможность разработать теорию тепловых двигателей, исследовать протекающие в них процессы и выявить их экономичность для каждого типа отдельно.

Изучение процессов получения механической работы за счет затраченной теплоты началось после изобретения паровой машины. Это произошло в 1766 г. (по проекту И.И.Ползунова). Почти через 20 лет машины такого типа нашли широкое применение после усовершенствований, сделанных Уаттом (конденсация пара начала осуществляться в холодильнике). Первые паровые машины были крайне неэкономными (расход топлива составлял 25 кг/л.с.ч). Первым, кто указал на пути повышения экономичности тепловых двигателей, был инженер Саади Карно, который заложил основы технической термодинамики.