Тема 4. Второй закон термодинамики

4.1. Понятие о круговых процессах (циклах). Прямой цикл (цикл тепловой

машины)………………………………………………………………...116

4.2. Полезная работа цикла. Термический КПД цикла………………………118

4.3. Цикл Карно и теорема Карно……………………………………………..121

4.4. Обратные циклы (циклы холодильных машин)…………………………126

4.5. Второй закон термодинамики. Формулировки второго закона

термодинамики……………………………………………………………130

4.6. Второй закон термодинамики и энтропия……………………………….135

4.7. Статистическая интерпретация второго закона термодинамики ………138

Примеры решения задач……………………………………………………….146

Информация к размышлению…………………………………………………151

Проверьте, как Вы усвоили материал…………………………………………153

Тема 5. Идеальные циклы тепловых двигателей

5.1. Особенности термодинамического метода исследования циклов

тепловых двигателей……………………………………………………...154

5.2. Схема устройства и принцип работы авиационного газотурбинного

двигателя (ГТД)…………………………………………………………...156

5.3. Идеальный цикл ГТД (цикл Брайтона-Стечкина)……………………….158

5.4. Работа и термический КПД цикла ГТД…………………………………..161

5.5. Цикл с подводом тепла при постоянном объёме (υ = const) и полном

расширении (цикл Гемфри)………………………………………………171

5.6. Сравнение циклов Брайтона и Гемфри…………………………………..174

5.7. Цикл с регенерацией тепла………………………………………………..175

5.8. Цикл со ступенчатым подводом тепла…………………………………...179

5.9. Эксергетический метод термодинамического анализа………………….182

5.10. Идеальные циклы двигателей внутреннего сгорания (ДВС)………….187

5.10.1. Идеальный цикл ДВС с подводом тепла при постоянном объёме

(цикл Отто)……………………………………………………………...187

5.10.2. Идеальный цикл ДВС с подводом тепла при постоянном давлении

(цикл Дизеля)…………………………………………………………...194

5.10.3. Сравнение циклов Отто и Дизеля……………………………………..198

5.10.4. Цикл ДВС со смешанным теплоподводом……………………………200

Примеры решения задач……………………………………………………….202

Проверьте, как Вы усвоили материал…………………………………………208

Заключение………………………………………………………………………...210

Список использованной литературы……………………..……………………...212

Приложение П.1. Сравнение температурных шкал…………………………….214

Приложение П.2. Международная стандартная атмосфера (МСА)…………...215

Приложение П.3. Теплофизические величины………………………………….216

Приложение П.4. Газодинамические функции………………………………….217

Основные условные обозначения

V_п – скорость полёта, м/с

Н – высота полёта, м (км)

М – число Маха (отношение скорости потока к скорости звука)

а – скорость звука, м/с

с – скорость потока, м/с

p – давление газа, Па (кПа)

V – объём, м³

ΔV – изменение объёма, м³

υ – удельный объём, м³/кг

ρ – плотность, кг/м³

t – температура по шкале Цельсия, °С

Т – абсолютная температура, К

ΔТ – изменение абсолютной температуры, К

E – энергия теплового движения частиц, Дж

h – высота столба жидкости, м

°С – единица измерения температуры по шкале Цельсия

°F – единица измерения температуры по шкале Фаренгейта

°R – единица измерения температуры по шкале Ранкина

R – газовая постоянная, Дж/(кг·К)

R_μ, R_ун – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль·К)

μ – масса одного киломоля газа, кг/кмоль

V_μ – объём одного киломоля газа, м³/кмоль

n – число молекул в единице объёма, показатель политропы, полётный

m – масса молекулы, кг

– средняя квадратичная скорость поступательного движения молекул, м/с²

U – внутренняя энергия, Дж

ΔU – изменение внутренней энергии, Дж

ex – эксергия, Дж/кг

s – энтропия, Дж/К

s – удельная энтропия, Дж/(кг·К)

Δs – изменение энтропии, Дж/К

L – удельная работа, Дж/кг

Q – количество теплоты, Дж

q – удельный подвод (отвод) теплоты, Дж/кг

i – удельная энтальпия, Дж/кг

k, k_г – показатель адиабаты для воздуха, газа

к = 1,380662·10^-23 Дж/К, постоянная Больцмана

g_i – массовая доля i-го компонента газа в смеси

r_i – объёмная доля i-го компонента газа в смеси

С – теплоёмкость рабочего тела, Дж/К

С – удельная теплоёмкость рабочего тела, Дж/(кг·К)

С_см – истинная удельная теплоёмкость смеси, Дж/(кг·К)

С_i – истинная удельная теплоёмкость данного компонента “чистого газа”, Дж/(кг·К)

С_ср – среднее значение удельной теплоёмкости в интервале температур T₁…T₂ , Дж/(кг·К)

W – термодинамическая вероятность

F – площадь проходного сечения, м²

G – секундный массовый расход, кг/с

P – тяга двигателя, Н (кН)

N – мощность, Вт (кВт)

m ∙ c – количество движения, кг∙м/с

M – момент силы, Н·м; момент количества движения, кг∙м²/с

u – окружная скорость, м/с

r – радиус, м

ω – угловая скорость, рад/с

π_к – степень повышения давления воздуха в компрессоре

π_т – степень понижения давления газа в турбине

π_с – степень понижения давления газа в сопле

π_кр. – критическая степень понижения давления газа

π_с.р. – располагаемая степень понижения давления газа в канале сопла

π_∑ – степень повышения (понижения) давления воздуха в двигателе

Ө – степень подогрева воздуха в двигателе

; Ө .

ε – степень сжатия, холодильный коэффициент

λ – степень повышения давления при подводе тепла

ρ – степень расширения при отводе тепла

τ (λ) = Т/Т* – газодинамическая функция температуры

π (λ) = p/p* – газодинамическая функция давления

ε (λ) = ρ/ρ* – газодинамическая функция плотности

q (λ) = ^{– газодинамическая функция плотности тока газа,}

где λ = ^{– коэффициент скорости}

φ (с) = ^{– коэффициент скорости реактивного сопла}

m – численный коэффициент в уравнении расхода, (кг·К/Дж)^0,5, зависящий от свойств газа и определяется по формуле:

m =

Для воздуха (при R = 287 Дж/(кг·К) и k = 1,4) m = 0,0405 (кг·К/Дж)^0,5, для продуктов сгорания (при R = 288 Дж/(кг·К) и k = 1,33) m = 0,0396 (кг·К/Дж)^0,5.