- •Техническая термодинамика: цели и задачи. Основные понятия и определения: рабочее тело, термодинамическая система (тдс), виды тдс.
- •Основные параметры состояния: температура
- •3. Основные параметры состояния: давление.
- •4.Основные параметры состояния: объем.
- •5.Термодинамические процессы: равновесные, неравновесные, обратные, прямые, обратимые, необратимые, замкнутые.
- •6. Понятие идеального газа.
- •7. Уравнение состояния идеального газа.
- •8. Газовые смеси. Закон Дальтона.
- •9. Способы задания состава газовых смесей.
- •10. Теплоемкость, определение, виды, уравнения связи.
- •12. Энтальпия.
- •13. Теплота.
- •14. Работа.
- •15. Первый закон термодинамики. Аналитическое выражение, частные случаи.
- •16 Энтропия.
- •17. Уравнение Майера.
- •18. Цикл Карно.
- •19.Холодильная машина
- •21. Изотермический процесс.
- •22. Изобарный процесс.
- •23 Политропный процесс.
- •Так как для политропы в соответствии с (5.1)
- •24. Изохорный процесс.
- •25. Водяной пар.
- •26. Влажный воздух.
- •27.Термодинамика потока газа или пара.
- •28. Способы переноса теплоты.
- •Конвекция
- •29. Теплопроводность в плоских однослойных стенках.
- •30 Теплопроводность в плоских многослойных стенках. Многослойная плоская стенка
- •31 Физический смысл коэффициента теплопроводности. Уравнение Фурье.
- •32 Теплопроводность в цилиндрической однослойной стенке. Однородная цилиндрическая стенка
- •33 Теплопроводность в цилиндрической многослойной стенке.
- •34. Конвективный теплообмен.
- •35. Уравнение Ньютона-Рихмана.
- •36. Физический смысл коэффициента теплоотдачи.
- •38. Температурные графики прямоточного и противоточного тоа. Расчет среднего логарифмического температурного напора.
- •39.Числа подобия
- •40.Виды тоа по принципу действия.
- •41. Уравнение теплового баланса тоа.
17. Уравнение Майера.
внутренняя энергия идеального газа определяется только его температурой и не зависит от объема, поэтому и, кроме того, из уравнения состояния следует , откуда
.
Это соотношение называется уравнением Майера и является одним из основных в технической термодинамике идеальных газов.
18. Цикл Карно.
Рассмотрим простейший случай, когда имеется один горячий с температурой T1 и один холодный с температурой T2 источники теплоты. Теплоемкость каждого из них столь велика, что отъем рабочим телом теплоты от одного источника и передача ее другому практически не меняет их температуры.
цикл, состоящий из двух изотерм и двух адиабат, носит название цикла К а р н о, поскольку именно с его помощью С. Карно в 1824 г. установил основные законы превращения тепловой энергии в механическую.
Осуществление цикла Карно в тепловой машине можно представить следующим образом. Газ (рабочее тело) с начальными параметрами, характеризующимися точкой а, помещен в цилиндр под поршень, причем боковые стенки цилиндра и поршень абсолютно нетеплопроводны, так что теплота может передаваться только через основание цилиндра.
Вводим цилиндр в соприкосновение с горячим источником теплоты. Расширяясь изотермически при температуре от объема va до объема vb, газ забирает от горючего источника теплоту . В точке b подвод теплоты прекращаем и ставим цилиндр на теплоизолятор. Дальнейшее расширение рабочего тела происходит адиабатно. Работа расширения совершается при этом только за счет внутренней энергии, в результате чего температура газа падает до T2.
Теперь возвратим тело в начальное состояние. Для этого сначала поместим цилиндр на холодный источник с температурой T2 и будем сжимать рабочее тело по изотерме cd, совершая работу l2 и отводя при этом к нижнему источнику от рабочего тела теплоту . Затем снова поставим цилиндр на теплоизолятор и дальнейшее сжатие проведем в адиабатных условиях. Работа, затраченная на сжатие по линии da, идет на увеличение внутренней энергии, в результате чего температура газа увеличивается до T1.
Таким образом, в результате цикла каждый килограмм газа получает от горячего источника теплоту q1, отдает холодному теплоту q2 и совершает работу lц.
Подставив в формулу , справедливую для любого цикла, выражения для q1 и q2, получим, что термический КПД цикла Карно определяется формулой
.
Из нее видно, что термический КПД цикла Карно зависит только от абсолютных температур горячего и холодного источников. Увеличить КПД цикла можно либо за счет увеличения температуры горячего источника, либо за счет уменьшения температуры холодного, причем влияние температур и на значение различно:
,
,
а так как .
Таким образом, увеличение температуры горячего источника в меньшей степени повышает КПД цикла Карно, чем такое же (в Кельвинах) уменьшение температуры холодного.
Являясь следствием второго закона термодинамики, формула для КПД цикла Карно, естественно, отражает его содержание. Из нее видно, что теплоту горячего источника можно было бы полностью превратить в работу, т. е. получить КПД цикла, равный единице, лишь в случае, когда либо . Оба значения температур недостижимы. (Недостижимость абсолютного нуля температур следует из третьего начала термодинамики).
При T1=T2 термический КПД цикла равен нулю.
Это указывает на невозможность превращения теплоты в работу, если все тела системы имеют одинаковую температуру, т. е. находятся между собой в тепловом равновесии. Для ориентировки приводим значения термического КПД цикла Карно при различных температурах горячего источника и при температуре холодного источника, равной 10 °С.
t,°С |
200 |
400 |
600 |
800 |
1000 |
1200 |
1400 |
1600 |
|
0,40 |
0,58 |
0,68 |
0,74 |
0,78 |
0,81 |
0,83 |
0,85 |
Приведенные цифры дают КПД идеального цикла. Коэффициент полезного действия реального теплового двигателя, конечно, ниже.