- •Тема 16. Котельные установки……………..………………………………149
- •Тема 17. Использование вэр и охрана окружающей среды………..…..170
- •Введение
- •Часть 1. Термодинамика
- •Тема 1. Основные понятия и определения
- •Предмет и метод термодинамики
- •Объект изучения термодинамики
- •1.3 Параметры состояния термодинамической системы
- •1.4 Уравнение состояния идеального газа. Понятие об идеальных и реальных газах
- •1.5 Газовые смеси
- •1.6 Термодинамический процесс
- •Тема 2. Первый закон термодинамики
- •2.1 Аналитическое выражение первого закона термодинамики. Частные случаи закона
- •2.2 Внутренняя энергия системы
- •2.3 Работа расширения и pv-диаграмма для изображения работы
- •2.4 Работа и теплота
- •2.5 Теплоемкость газов
- •2.6 Энтальпия
- •Тема3. Второй закон термодинамики
- •3.1 Общая характеристика
- •3.2 Энтропия и математическое выражение второго закона
- •3.3 III начало термодинамики
- •3.4 Т,s диаграмма для изображения теплоты
- •3.5 Физический смысл энтропии
- •3.6 Основное уравнение термодинамики и вычисление энтропии
- •Тема. 4 термодинамические процессы идеальных газов в закрытых системах
- •4.1 Изохорный процесс
- •4.2 Изобарный процесс
- •4.3 Изотермический процесс
- •4.4 Адиабатный процесс
- •4.5 Политропный процесс
- •Тема 5. Термодинамические циклы
- •5.1 Круговые процессы
- •5.2 Термодинамическая схема теплового двигателя
- •5.3 Прямой цикл Карно
- •5.4 Обратный цикл Карно
- •Тема 6. Циклы паросиловых, холодильных установок и теплового насоса
- •6.1 Циклы паросиловых установок. Цикл Ренкина
- •6.2 Циклы холодильных установок
- •6.3 Цикл теплового насоса
- •6.4 Эксергия. Эксергический анализ
- •Тема7. Теоретические циклы двигателей внутреннего сгорания
- •7.1 Цикл Отто
- •7.2 Цикл Дизеля
- •7.3 Цикл Тринклера (или Сабатэ)
- •Тема8. Термодинамика потока газов и паров
- •8.1 Уравнение первого закона термодинамики для потока
- •8.2 Истечение газов и паров
- •8.3 Дросселирование. Температура инверсии
- •Часть 2. Теория тепло и массообмена
- •Тема 9. Основы теории теплообмена
- •9.1 Введение. Теплопроводность
- •9.2 Закон Фурье – основной закон теплопроводности
- •9.3 Теплопроводнсть плоской однородной, однослойной стенки
- •9.4 Теплопроводность многослойной стенки
- •9.5 Теплопроводность цилиндрической стенки.
- •Тема10. Конвективный теплообмен
- •10.1 Понятие теплообмена. Закон Ньютона Рихмана
- •10.2 Критерии подобия
- •10.3 Теплоотдача при вынужденном движении теплоносителя
- •10.4 Теплоотдача при свободном движении теплоносителя
- •10.5. Теплоотдача при кипении
- •10.6 Теплоотдача при конденсации пара
- •Тема11. Теплопередача чарез стенку
- •11.1 Понятие теплопередачи, теплопередача через плоскую стенку.
- •11.2 Уравнение теплопередачи.
- •11.3 Теплопередача через цилиндрическую стенку
- •Тема12. Лучистый теплообмен
- •12.1 Понятие лучистого теплообмена
- •12.2 Законы лучистого теплообмена
- •12.3 Теплообмен излучением системы тел в прозрачной среде
- •Тема13. Водяной пар
- •13.1 Процесс парообразования в pv-координатах
- •13.2 Ts и hS диаграмма водяного пара
- •13.3 Параметры состояния жидкости и пара
- •Тема14. Влажный воздух
- •14.1 Понятие влажного воздуха, его характеристики
- •14.3 Сушка материала
- •Тема15. Топливо
- •15.1 Классификация топлива
- •15.2 Состав топлива
- •15.3 Характеристики топлива.
- •15.4. Примеры твердого, жидкого, газообразного топлива.
- •15.5 Процесс горения топлива
- •15.6 Состав и объем продуктов сгорания.
- •15.7 Нефтяные топлива.
- •15.8 Понятие детонации, октанового числа и цетанового числа.
- •Тема16. Котеьные установки
- •16.1 Понятие котла и котельной установки
- •16.1 Паровой котёл и его основные элементы
- •16.3 Паровые и водогрейные котлы
- •16.4 Вспомогательное оборудование
- •16.5 Топка, топочные устройства
- •16.6 Котлы утилизаторы
- •16.7 Тепловой баланс горения
- •Тема17. Использование вэр и охрана окружающей среды
- •17.1 Понятия вэр
- •17.2 Классификация вторичных энергетических ресурсов в промышленности
- •17.3 Использование вторичных энергетических ресурсов промышленности
- •17.4 Расчет вэр на экономическую эффективность
- •Заключение.
Тема. 4 термодинамические процессы идеальных газов в закрытых системах
Изменением двух параметров состояния определяется изменение состояния системы, а следовательно, и остальных параметров. Однако немаловажный практический интерес представляют частные термодинамические процессы:
изохорный (dv = 0), протекающий при постоянном объеме;
изобарный (dp = 0) – при постоянном давлении;
изотермный (dT = 0) – при постоянной температуре;
адиабатный (dq = 0), протекающий без теплообмена с окружающей средой.
Обобщающим процессом, охватывающим всю совокупность основных термодинамических процессов, является политропный процесс.
Задача анализа термодинамического процесса – выявление закономерностей изменения параметров состояния рабочего тела и особенности превращения энергии в данном процессе.
4.1 Изохорный процесс
В осях pv этот процесс изображается прямой 1 – 2, параллельной оси ординат (рисунок 4.1). Уравнение прямой 1–2 называется изохорой,
v = const, т.е. dv = 0. (4.1)
Из уравнения состояния следует, что
, или , (4.2)
т.е. давление идеального газа пропорционально его абсолютной температуре.
Так как dv = 0, то работа расширения–сжатия в этом процессе не совершается.
Из первого закона термодинамики с учетом уравнения dQ/T = dS будем иметь:
, (4.3)
т. е. вся подведенная (отведенная) теплота идет на изменение внутренней энергии тела. Принимая, что сv = const, получим:
. (4.4)
Рис. 4.1 – Изображение изохорного процесса в pv и Ts координатах
Если в процессе участвует М кг или Vн м3 газа, то количество Теплоты или изменение внутренней энергии газа:
. (4.5)
где Vн количество газа в м3 при нормальных условиях.
Из уравнения , учитывая, что в данном случае v1 = v2 , следует, что:
(4.6)
т.е. в Тs – координатах (рисунок 4.1) изохорный процесс описывается логарифмической зависимостью. При ds > 0 (процесс 1–2) теплота подводится к рабочему телу; при ds < 0 (процесс 1–3) теплота отводится. Подкасательная (отрезок сv – ds на оси абсцисс) определяет значение теплоемкости. Площадь под кривой процесса в TS – координатах (заштрихованная площадь) определяет количество теплоты, которое подводится в этом процессе (с учетом масштаба диаграммы).
4.2 Изобарный процесс
В осях pv (рисунок 4.2) этот процесс изображается прямой 1–2, параллельной оси абсцисс. Уравнение прямой 1–2, называется изобарой.
р = const. (4.7)
Рис. 4.2 – Изображение изобарного процесса в pv и Ts – координатах
Из уравнения состояния идеального газа получим:
или (4.8)
т.е. в изобарном процессе объем газа пропорционален его абсолютной температуре. Работа 1 кг газа равна:
или (4.9)
Для М кг газа:
(4.10)
или . (4.11)
В pv–координатах работа l численно равна площади под кривой процесса 1–2 (рисунок 4.2). На этом рисунке линия 1–2 изображает процесс расширения (работа положительная), а линия 1–3 – процесс сжатия (работа отрицательная).
Количество теплоты, которое подводится (отводится) к рабочему телу в предположении, что теплоемкость ср – величина постоянная,
. (4.12)
Если в процессе р = const участвует М кг или Vн м3 газа, то количество теплоты
. (4.13)
Из уравнения состояния следует, что теплота в данном случае расходуется как на совершение работы, так и на изменение внутренней энергии. Если обратиться к уравнению:
получим, что в данном случае:
dq = dh, (4.14)
т.е. теплота, подведенная (отведенная) к рабочему телу в изобарном процессе, приводит к изменению его энтальпия.
Согласно уравнению:
при р = const
, (4.15)
т.е. в Ts – осях изобарный процесс изображается логарифмической функцией. Так как ср > сv то в Ts – координатах диаграмма идет положе изохоры. На рисунке 4.2 процесс 1–2 протекает с подводом теплоты (Δs > 0), а процесс 1–3 – с отводом (Δs < 0). .
Количество теплоты, подведенной к рабочему телу, равно площади под кривой процесса 1–2. Как указывалось выше, в данном случае оно равно Δh.