- •Термодинамика и теплопередача. Учебное пособие
- •Раздел I. Техническая термодинамика
- •Содержание
- •Раздел I
- •Тема 1. Газ, как рабочее тело термодинамических систем
- •Тема 2. Первый закон термодинамики
- •Тема 3. Термодинамические процессы
- •Тема 4. Второй закон термодинамики
- •Тема 5. Идеальные циклы тепловых двигателей
- •Основные условные обозначения
- •Основные сечения потока
- •Сокращения
- •Используемые индексы
- •Предисловие
- •Введение
- •Раздел I техническая термодинамика
- •Тема 1. Газ, как рабочее тело термодинамических систем
- •1.1. Структура основных понятий термодинамики авиационных гтд
- •1.2. Основные понятия и определения термодинамики
- •1.3. Реальный и идеальный газы. Параметры состояния рабочего тела
- •1.3.1. Давление
- •1.3.2. Температура
- •1.3.3. Удельный объём, плотность
- •1.4. Уравнение состояния идеального и реального газов
- •1.4.1. Уравнение состояния идеального газа
- •1.4.2. Уравнение состояния реального газа
- •1.5. Понятие о термодинамическом процессе. Равновесные (обратимые) и неравновесные (необратимые) процессы
- •1.5.1. Равновесные (обратимые) процессы
- •1.5.2. Графическое изображение термодинамического процесса
- •1.5.3. Неравновесные (необратимые) процессы
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Проверьте, как Вы усвоили материал
- •Тема 2. Первый закон термодинамики
- •2.1. Внутренняя энергия рабочего тела. Изменение внутренней энергии
- •2.2. Работа газа, как форма передачи энергии в термодинамическом процессе
- •2.3. Теплота, как форма передачи энергии в термодинамическом процессе
- •2.4. Энтропия. Энтропийная “t-s” диаграмма
- •2.5. Зависимость количества работы и теплоты от характера термодинамического процесса
- •2.6. Теплоёмкость газа. Уравнение Майера. Показатель адиабаты
- •2.7. Энтальпия
- •2.8. Техническая работа (работа движущегося газа)
- •2.9. Содержание и уравнение первого закона термодинамики
- •2.10. Чистые вещества и смеси газов
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Проверьте, как Вы усвоили материал
- •Тема 3. Термодинамические процессы
- •3.1. Последовательность и объём расчёта термодинамических процессов
- •3.2. Изохорный процесс: определение, осуществление и исследование
- •3.2.1. Исследование изохорного процесса
- •3.3. Изобарный процесс: определение, осуществление и исследование
- •3.3.1. Исследование изобарного процесса
- •3.4. Изотермический процесс: определение, осуществление, исследование
- •3.4.1. Исследование изотермического процесса
- •3.5. Адиабатный (изоэнтропический) процесс: определение, осуществление, исследование
- •3.5.1. Исследование адиабатного процесса
- •3.6. Сравнение адиабаты и изотермы
- •3.7. Обобщающее значение политропных процессов
- •3.8. Энтальпийная “I-s” диаграмма (“I-s” координаты)
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Проверьте, как Вы усвоили материал
- •Тема 4. Второй закон термодинамики
- •4.1. Понятие о круговых процессах (циклах). Прямой цикл (цикл тепловой машины)
- •4.2. Полезная работа цикла. Термический кпд цикла
- •4.3. Цикл Карно и теорема Карно
- •4.4. Обратные циклы (циклы холодильных машин)
- •4.5. Второй закон термодинамики. Формулировки второго закона термодинамики
- •4.6. Второй закон термодинамики и энтропия
- •4.7. Статистическая интерпретация второго закона термодинамики
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Информация к размышлению
- •Проверьте, как Вы усвоили материал
- •Тема 5. Идеальные циклы тепловых двигателей
- •5.1. Особенности термодинамического метода исследования циклов тепловых двигателей
- •5.2. Схема устройства и принцип работы авиационного газотурбинного двигателя (гтд)
- •5.3. Идеальный цикл гтд (цикл Брайтона – Стечкина)
- •5.4. Работа и термический кпд цикла гтд
- •5.6. Сравнение циклов Брайтона и Гемфри
- •5.7. Цикл с регенерацией тепла
- •5.8. Цикл со ступенчатым подводом тепла
- •5.9. Эксергетический метод термодинамического анализа
- •5.10. Идеальные циклы двигателей внутреннего сгорания (двс)
- •5.10.1. Идеальный цикл двс с подводом тепла
- •5.10.2. Идеальный цикл двс с подводом тепла при постоянном
- •5.10.3. Сравнение циклов Отто и Дизеля
- •5.10.4. Цикл двс со смешанным теплоподводом
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •Решение
- •4. Эффективность цикла оцениваем по величине термического кпд цикла
- •Решение
- •Проверьте, как Вы усвоили материал
- •Заключение
- •Список использованной литературы
- •Приложение
- •Международная стандартная атмосфера (мса) гост 4401–81 (фрагмент)
- •Теплофизические величины
- •Соблюдайте гост 8.417 – 2002
Проверьте, как Вы усвоили материал
1. При каких допущениях производится переход от реальных циклов к идеальным?
2. С какой целью исследуются циклы тепловых двигателей?
3. Назовите основные элементы ГТД. Какие термодинамические процессы в них протекают при работе ГТД?
4. Из каких термодинамических процессов состоит идеальный цикл ГТД?
5. Изобразите цикл ГТД в рабочей “p-υ” диаграмме и покажите площади эквивалентные: а) работе сжатия в адиабатном процессе;
б) работе расширения в изохорном процессе;
в) работе расширения в адиабатном процессе;
г) полезной работе цикла.
6. Изобразите цикл ГТД в тепловой “T-s” диаграмме и покажите площади эквивалентные: а) подведённому к рабочему телу тепла в цикле;
б) отведённому от рабочего тела тепла в цикле;
в) величине тепла, преобразованной в полезную работу цикла.
7. Назовите основные параметры, определяющие работу цикла и термический КПД цикла.
8. Проанализируйте зависимость работы цикла от степени повышения давления при постоянном значении степени подогрева.
9. Назовите циклы, которые реализуются в реактивных двигателях и газотурбинных установках.
10. Назовите циклы поршневых двигателей, реализуемых в современной технике.
11. Сравните циклы Отто и Дизеля. Назовите достоинства и недостатки каждого цикла.
12. Назовите основной фактор увеличения термического КПД цикла двигателя внутреннего сгорания с подводом тепла при постоянном объёме.
13. В чём преимущества газотурбинного двигателя перед поршневым двигателем внутреннего сгорания?
Заключение
Вы познакомились с элементами удивительной науки – термодинамики. Термодинамика – наука, методы которой применяются практически во всех разделах физики, а также в большей части других наук: как естественно-математических, так и гуманитарных.
Физик, мечтающий, например, овладеть неисчерпаемым источником энергии – осуществить термоядерную реакцию, прежде чем начать рассчитывать свою сложнейшую установку, спрашивает у термодинамики, возможен ли задуманный им новый физический процесс в области плазменных превращений, и, только получив утвердительный ответ, предпринимает долгий и трудный поиск. Учёный уверен, что, несмотря на большие трудности, его работа может увенчаться успехом.
Если химик старается найти пути, которые привели бы его к получению нового, несуществующего в природе вещества, обладающего замечательными свойствами, очень нужными людям, то он тоже, прежде всего, обратится за советом к термодинамике: можно ли вообще осуществить задуманную им новую реакцию, с помощью которой он рассчитывает получить такое вещество. Если термодинамика даст отрицательный ответ, химик и пытаться не будет, осуществлять эту реакцию. Работа в этом направлении не будет успешной.
Например, термодинамика научила химиков, как использовать неисчерпаемые в воздушном бассейне земного шара запасы азота. Во всех странах мира работают теперь гигантские азотнотуковые химические комбинаты, которые извлекают азот из воздуха и превращают его в удобрения, повышающие урожаи полей.
Термодинамика помогла найти решение в проблеме синтеза искусственных алмазов. То, что в природе создавалось в течение миллионов лет в далекие геологические эпохи, теперь создаётся в сверхпрочных аппаратах под давлением порядка 107 Па при температуре в 2000 °С. Условия реакции, температуру и давление указала учёным термодинамика.
Биологу термодинамика помогает разобраться в бесконечной сложности жизненных процессов, протекающих в живой клетке.
Синоптик, предсказывающий погоду, следящий за движением циклонов, за зарождением ураганов и бурь в океане и в воздухе, использует в своей работе строгие законы термодинамики.
Астрофизик наших дней начинает неплохо разбираться в ещё совсем недавно казавшейся совершенно недоступной пониманию загадочности явлений в недрах далёких миров, внутри звёзд, отстоящих от нас на сотни и тысячи световых лет. Теперь учёные знают глубины Вселенной даже лучше, чем недра земного шара, которые лежат всего в каких-нибудь десятках километров под нашими ногами. В этом учёным тоже помогла термодинамика.
Инженер, задумавший построить новый двигатель, прежде всего, подсчитает с помощью термодинамики, какова может быть его эффективность и будет ли он более выгодным, чем существующие. От ответа термодинамики будет зависеть его решение – стоит ли над новой машиной работать.
Законы термодинамики незыблемы и всеобщи, они лежат в основе всех отраслей знания, изучающих всё, что существует и развивается в окружающем нас мире.