Материал: Теоретические основы теплотехники 1

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

6

плотность,

кг / м

3

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отношение массы вещества (G) к его молярной массе ( ) определяет

число киломолей (кмоль) вещества

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G

G

.

 

 

 

 

 

 

(2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Объем киломоля вещества или молярный объем

v

связан с удельным

объемом следующим соотношением:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v

V

v .

 

 

 

 

(3)

 

 

 

 

 

G

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Абсолютное давление ( p ) есть предел отношения нормальной состав-

ляющей силы к площади, на которую действует эта сила

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

 

 

F

 

 

 

 

 

 

 

p = lim

n

 

 

 

 

 

.

 

 

(4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

 

 

f

 

 

 

 

 

 

 

 

f 0

 

 

 

n

 

 

 

Давление в системе СИ измеряется в Паскалях (Па=Н/м2).

Давление жидкостей, паров и газов обычно измеряют приборами двух типов. Для определения абсолютного давления используются приборы баро-

метрического типа, а для измерения избыточного давления – приборы мано-

метрического типа. Так как в расчетные соотношения термодинамики вхо-

дит лишь абсолютное давление, то оно определяется как сумма манометри-

ческого давления (pман.) и абсолютного давления окружающей среды (p0 ).

Температура есть единственная функция состояния термодинамиче-

ской системы, определяющая направление самопроизвольного теплообмена между телами.

В термодинамике для измерения температур используется междуна-

родная стоградусная температурная шкала Цельсия (t, °С), а в качестве пара-

метра состояния используется абсолютная температура (T, K).

7

Абсолютная температура (Т) измеряется по термодинамической абсо-

лютной шкале температур, которая аналитически строится на основе диффе-

ренциальных соотношений термодинамики. При практическом построении термодинамической шкалы в качестве реперных точек принимаются абсо-

лютный нуль (-273,15 °С) и параметры тройной точки воды. Между темпера-

турами по шкале Кельвина и шкале Цельсия существует следующая зависи-

мость: T = t + 273,15 К.

Температура измеряется различными термометрическими приборами:

жидкостными и газовыми термометрами постоянного давления (р = idem ),

где происходит изменение объема тела при изменении его температуры, или постоянного объема (v = idem), где происходит изменение давления при из-

менении температуры тела; термометрами сопротивления, где происходит изменение электрического сопротивления датчика при изменении температу-

ры тела; оптическими пирометрами, где используется зависимость интенсив-

ности излучения от температуры тела и длины волны излучения и т.д.

Связь между параметрами, характеризующими состояние простого те-

ла, называется уравнением состояния F (р, v, T) = 0.

Термодинамические процессы

Изменение состояния системы называется процессом.

Равновесный процесс - это непрерывная последовательность равновес-

ных состояний системы.

Обратимым процессом называется такой равновесный процесс,

который допускает возможность возврата этой системы из конечного состояния в исходное путем обратного процесса. В результате прямого и обратного обратимых процессов в системе и во внешней среде не происходит каких либо остаточных конечных изменений.

Термодинамическим процессом принято считать обратимый равновес-

ный процесс.

8

Любой реальный процесс является в большей или меньшей степени неравновесным. Однако, в принципе, эта неравновесность может быть сдела-

на сколь угодной малой в результате уменьшения скорости осуществления процесса. Таким образом, равновесный процесс является предельным случа-

ем неравновесного процесса при стремлении скорости этого процесса к ну-

лю.

Равновесные процессы могут быть изображены графически на диа-

граммах состояния p-v, р-Т и т. д. Линия, изображающая изменение парамет-

ров в процессе, называется кривой процесса (например, кривая 1-2 на рис. 1).

Каждая точка кривой процесса характеризует равновесное состояние систе-

мы.

Рис. 1.Термодинамическая работа обратимого изменения объема

9

Термодинамическая работа

Работа является одной из форм передачи энергии между системами при их взаимодействии. В механике элементарная работа определяется как произведение проекции силы (Fs) на величину перемещения точки приложения этой силы

L Fs

ds

,

(5)

где ds – элементарное перемещение тела.

В простейшем случае элементарная работа простых тел определяется в зависимости от величины давления и изменения объема (рис. 1)

L F

ds p f

s

 

ds

p dV

,

(6)

где L – элементарная термодинамическая работа обратимого изменения объема, Дж; f – площадь поршня.

Удельная элементарная термодинамическая работа обратимого изме-

нения объема l

(Дж/кг) определяется соотношением

l

L

 

p dV

p dv

.

(7)

G

G

 

 

 

 

 

Поскольку термодинамическая работа зависит от пути (вида) процесса,

для вычисления интегральных значений полной ( L1,2 ), или удельной ( l1,2 ) ра-

боты должны быть заданы уравнения процессов изменения состояния тела в форме, ( p,V ) 0 либо его графическое изображение в диаграммах состоя-

ния рV или рv.

Как следует из соотношений (6), (7), работа определяется площадью под кривой процесса независимо от вида рабочего тела и его свойств (рис. 1).

10

В силу этого координаты рV и рv называются универсальными координа-

тами работы.

В частном случае для изобарного процесса (p = idem) интегральные значения полной и удельной термодинамической работы определяются по следующим соотношениям:

2

 

 

 

 

 

L1,2 = p dV =

p V2

V1

;

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

l1,2 =

p dv =

p v2

v1

.

 

 

 

1

 

 

 

 

(8)

(9)

Работа расширения считается положительной (

dv

0

,

l

0

), а работа

сжатия – отрицательной ( dv 0, l 0 ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

Эффективная работа реального процесса

*

равна разности обратимой

 

работы изменения объема L и работы необратимых потерь

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

*

L L

**

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

эф

 

.

 

 

 

 

(10)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Необратимые потери термодинамической работы (

**

) превращается в

 

теплоту внутреннего теплообмена ( Q

 

).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Потенциальная (техническая) работа

Потенциальной (технической) работой называется работа по переме-

щению сплошных масс (газа, пара или жидкости) из области одного давления

(p1) в область другого давления (p2), т.е. потенциальная работа - это работа обратимого изменения давления.

Элементарная потенциальная работа простого тела определяется из со-

отношения

 

 

W Vdp .

(11)