- •Тема 6: «Теплоемкость газов. Энтропия» 33
- •Тема 7: «Термодинамические процессы идеальных газов» 43
- •Тема 8: «Второй закон термодинамики» 57
- •Тема 9: «Характеристические функции и термодинамические потенциалы. Равновесие систем» 71
- •Тема 10: «Водяной пар» 83
- •Тема 11. Истечение газов и паров 89
- •Тема 1: Основные понятия и определения
- •1.1. Основные термодинамические параметры состояния
- •4. Внутренняя энергия.
- •5. Энтальпия,
- •6. Энтропия,
- •1.2. Термодинамическая система
- •1.3. Термодинамический процесс
- •1.4. Теплота и работа
- •1.5. Термодинамическое равновесие
- •Контрольные вопросы
- •Тема 2: «Состояние идеального газа»
- •2.1. Основные законы идеальных газов
- •2.2. Уравнение состояния идеального газа
- •Тема 4: «Реальные газы»
- •4.1. Уравнение состояния Ван-дер-Ваальса
- •4.2. Уравнения м.П. Вукаловича и и.И. Новикова
- •Контрольные вопросы
- •Тема 5: «Первый закон термодинамики»
- •5.1. Внутренняя энергия
- •5.2. Работа расширения
- •5.3. Теплота
- •5.4. Аналитическое выражение первого закона термодинамики
- •5.5. Энтальпия
- •Контрольные вопросы
- •Тема 6: «Теплоемкость газов. Энтропия»
- •6.1. Основные определения
- •6.2. Удельная (массовая), объемная и мольная теплоемкости газов
- •6.3. Теплоемкость в изохорном и изобарном процессе
- •6.4. Молекулярно-кинетическая и квантовая теории теплоемкости
- •6.5. Истинная и средняя теплоемкости
- •6.6. Зависимость теплоемкости от температуры
- •6.7. Отношение теплоемкостей ср и сυ. Показатель адиабаты
- •6.8. Определение qp и qυ для идеальных газов
- •6.9. Теплоемкость смеси идеальных газов
- •6.10. Энтропия
- •Контрольные вопросы
- •Тема 7: «Термодинамические процессы идеальных газов»
- •7.1. Основные определения
- •7.2. Изохорный процесс
- •7.3. Изобарный процесс
- •7.4. Изотермический процесс
- •7.5. Адиабатный процесс
- •7.6. Политропные процессы
- •Контрольные вопросы
- •Тема 8: «Второй закон термодинамики»
- •8.1. Основные положения
- •8.2. Круговые термодинамические процессы (циклы)
- •8.3. Термический кпд и холодильный коэффициент циклов
- •8.4. Прямой обратимый цикл Карно
- •8.5. Обратный обратимый цикл Карно
- •8.6. Математическое выражение второго закона термодинамики
- •8.7. Изменение энтропии в обратимых и необратимых процессах
- •Контрольные вопросы
- •Тема 9: «Характеристические функции и термодинамические потенциалы. Равновесие систем»
- •Характеристические функции
- •Физический смысл изохорно-изотермического и изобарно-изотермического потенциалов
- •Термодинамическое учение о равновесии
- •9.4. Общие условия равновесия термодинамической системы
- •Контрольные вопросы
- •Тема 10: «Водяной пар»
- •10.1. Основные понятия и определения
- •Контрольные вопросы
- •Тема 11. Истечение газов и паров
- •11.1. Первый закон термодинамики в применении к потоку движущегося газа
- •11.2. Работа проталкивания
- •11.3. Располагаемая работа
- •11.4. Адиабатный процесс истечения
- •11.5. Истечение из суживающегося сопла
- •11.6. Истечение идеального газа из комбинированного сопла Лаваля
- •Контрольные вопросы
Контрольные вопросы
Что называется кипением, парообразованием и испарением?
Какой процесс называется сублимацией и десублимацией?
Какой пар называется влажным насыщенным, сухим насыщенным перегретым?
Что такое степень сухости и степень влажности?
Изобразить рυ-диаграмму водяного пара.
Какие точки располагаются на пограничных кривых жидкости и пара?
Что относится к параметрам критической точки?
Ts-диаграмма водяного пара.
is-диаграмма водяного пара.
Задача
Определить массу и энтальпию 0,5 м3 влажного пара со степенью влажности 10 % и давлением 1 МПа.
Решение:
Удельный объем пара
Масса пара
Энтальпия пара
Тема 11. Истечение газов и паров
11.1. Первый закон термодинамики в применении к потоку движущегося газа
В технике имеется большая группа машин, в которых работа производится за счет внешней кинетической энергии рабочего тела: паровые турбины, газовые турбины, реактивные двигатели, ракеты и.др.
В процессах изменения состояния движущегося с конечной скоростью газа теплота расходуется не только на изменение внутренней энергии и на совершение внешней работы (против внешних сил), но и на приращение внешней кинетической энергии газа при его перемещении по каналу. Поэтому уравнение первого закона термодинамики для 1 кг газа в дифференциальной форме получает следующий вид:
где – подведенное удельное количество теплоты от внешних источников теплоты;
– изменение удельной внутренней энергии;
– работа против внешних сил – работа проталкивания – (она не равна работе расширения газа dl);
– изменение внешней кинетической энергии рабочего тела – располагаемая работа.
При выводе этого уравнения не учитывалось влияние гравитационных сил, а также считалось, что газом не совершается так называемая техническая работа.
Изменение кинетической энергии рабочего тела может происходить как в трубах постоянного сечения, так и в специальных каналах переменного сечения, называемых соплами и диффузорами.
Если при перемещении газа по каналу происходит его расширение с уменьшением давления и увеличением скорости, то такой канал называется соплом.
Если в канале происходит сжатие рабочего тела с увеличением его давления и уменьшением скорости, то такой канал называется диффузором.
11.2. Работа проталкивания
Определим величину работы против внешних сил или работу проталкивания dl'. При выводе уравнения принимаются следующие условия истечения. Осуществляется условие неразрывности струи, т. е. через любое поперечное сечение канала в единицу времени протекает одинаковая масса рабочего тела
где – площади поперечного сечения канала;
– скорости рабочего тела;
– удельные объемы.
Т
а+da+++++++а
ечение газа по каналу осуществляется без подвода и отвода теплоты, т. е. адиабатное.
а
Рисунок 30.
В каждом поперечном сечении канала скорость w, давление р, температура Т и другие параметры рабочего тела постоянны по сечению канала, т.е. имеют во всех точках плоскости, перпендикулярной к оси трубы, одинаковое значение (осредненные величины).
Рассматривается установившееся движение, называемое стационарным. При этом величины υ, w, p, T могут меняться по длине канала, но в каждом сечении, к которому они относятся, не зависят от времени. Все величины являются только функцией координат.
Предположим, что по каналу переменного сечения перемещается газ (рис. 30). Выделим сечениями I–I и II–II элементарную массу газа. В сечении I–I действует сила pa, a в сечении II–II – сила (р + dp) (a + da), действующая противоположно силе в сечении I–I. Обе силы в сечениях I–I и II–II совершают работу; алгебраическая сумма этих работ будет работой, затраченной на проталкивание элементарной массы газа, Элементарную работу проталкивания газа на бесконечно малом пути между сечениями I–I и II–II за 1 сек находим из уравнения
Раскрывая скобки и отбрасывая бесконечно малые величины второго и высшего порядка, получаем
Из уравнения следует, что , где m – масса газа, протекающего через любое сечение канала за 1 секунду.
Заменяя величину на , получим
или
Уравнение первого закона термодинамики в дифференциальной форме для потока газа примет вид
или
Величина это энтальпия, следовательно
Уравнение показывает, что подведенное количество теплоты в процессе при течении газа (или жидкостти) расходуется на изменение внутренней энергии, на работу проталкивания и на изменение внешней кинетической энергии рабочего тела или подведенное количество теплоты при течении газа расходуется на изменение его энтальпии и внешней кинетической энергии.