1 1 1 ФБГОУ ВО Ярославский государственный технический университет Кафедра

- 2017
«Термодинамика и теплотехника»»
составлен
кандидатом технических наук, доцентом Ивневым Александром Андреевичем

Курс лекций для

Часть 1
Основы технической термодинамики

что теплота может быть причиной движения… Паровые машины, ныне столь

С.Карно «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» 1824 г.

Свойства макроскопических
систем в равновесном состоянии
и процессы изменения состояния
систем

Теоретические основы работы тепловых двигателей, компрессоров, холодильных и теплонасосных установок.

Цели изучения

«Техническая термодинамика»

Предмет изучения, методы и основное содержание дисциплины.

Предмет изучения, цели дисциплины

Предмет изучения

в пространстве при отсутствии среды
определение температурного поля в телах, расчет

Раздел «Теплопередача»

Предмет изучения, цели дисциплины

Предмет изучения

Цель изучения

вещества (молекулярно-кинетическая теория газов, уравнение состояния идеального газа)

(Q), полученная системой извне, используется на изменение ее внутренней энергии

.

.

в тепловых машинах невозможно превращение всей теплоты в работу.

Первое начало: невозможен процесс возникновения или исчезновения энергии (общий закон сохранения энергии)

Второе начало: невозможен циклический процесс, имеющий единственным своим результатом превращение теплоты в работу.

такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимается,

М. В. Ломоносов
«Рассуждения о жидкости и твердости тел»,
1760 г.

Архарова,
В.Н. Афанасьева.– М., Изд-во. МГТУ им. Н.Э. Баумана,

2.Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике.- М.:
Машиностроение, 1969.- 344 с.

3.Теплотехника. // Под ред. В.Н. Луканина - М.: Высшая школа, 2000.- 671с.

4.Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. -М.: Высшая школа, 1980.- 469 с.

5.Теплотехника // Под ред. А.П.Баскакова, М.: Энергоатомиздат, 1991.- 224с.

газа
Процессы идеальных газов в закрытых и открытых системах
Первое начало

Источники теплоты: «горячий» и «холодный»
Рабочее тело Идеальный

взаимодействующий с термодинамической системой и обладающий бесконечно большой теплоемкостью и

Открытые, закрытые, адиабатные системы

характеризуется определенными измеряемыми величинами, называемыми параметрами состояния.
Идеальный газ – газ,

Параметры состояния термодинамического состояния (параметры состояния) – макроскопические физические величины, количественно характеризующие рабочее тело (систему) и не зависящие от размеров системы

барометрическое (атмосферное)
В=101325 Па  0,1 МПа
1

p= g h

Единицы измерения: Н/м2 (Паскаль), м

Параметры термодинамического состояния

манометрическое
(избыточное)

вакууметрическое

p=B+рман

p=B-рвак

средней кинетической энергии молекул
характеризует степень нагретости тел, является среднестатистическим результатом

Удельный объем (),

Единицы измерения:
К,( Кельвин); 1 К = 1 оС

Единицы измерения:
м3/кг

характеризует плотность рабочего тела  =1/).

Удельный объем:

R -
универсальная газовая постоянная - работа, совершаемая 1 молем

Если термодинамические параметры одинаковы во всех точках и при этом неизменны во времени, то такое состояние называется равновесным

является постоянным числом для любого идеального газа,
имеет единицы измерения Дж/(кмольК) и число: 8314 Дж/(кмольК).

где R - индивидуальная газовая постоянная- работа единицы массы (1 кг) идеального газа в изобарном процессе при изменении температуры на 1 К.

для 1 кг:

Является постоянным числом только для конкретного газа, имеет единицы измерения Дж/(кгК)

из параметров состояния.


Прямые и обратные процессы:
Если в процессе имеет место

Термодинамический цикл:
совокупность термодинамических процессов, в которых рабочее тело, пройдя ряд состояний, возвращается в исходное состояние.

Прямые и обратные циклы
Если направление процессов по часовой стрелке, то цикл прямой;
Если направление процессов против часовой стрелки , цикл обратный.

системой извне, используется на изменение ее внутренней энергии (ΔU) и

.

.

Первое начало: невозможен процесс возникновения или исчезновения энергии (общий закон сохранения энергии)

Для закрытой системы

, Дж

, Дж/кг

«Теплота состоит во внутреннем движении собственной материи.;

Суммарная кинетическая энергия молекул;
определяется абсолютной температурой и физической природой тела
Полная: U Дж
Удельная : u, Дж/кг

вращательном движении частиц , из которых состоят все тела»

Теплота

И теплота и работа зависят от вида термодинамического процесса

неизменной массы системы
(в закрытых термодинамических системах)
Для изохорного процесса

Для произвольного процесса

как разность работы расширения и работы вытеснения:

Работа вытеснения

Работа вытеснения и располагаемая работа

работоспособность системы и выражаемый в виде суммы внутренней энергии и

Дж/кг

Изменение энтальпии не зависит от вида термодинамического процесса и определяется только абсолютной температурой и физической природой тела

системах) и определяется в общем случае как
Работа вытеснения (перемещения), используется

; или

Работа располагаемая, определяется как разность работы расширения и работы вытеснения:

или

.

Энтропия – параметр состояния, дифференциал которого равен элементарному количеству теплоты, отнесенному абсолютной температуре.

для стационарного течения несжимаемого газового потока (открытой термодинамической системы) без

работа вытеснения (перемещения)

или

(1)

(1):
(2)
Учитывая, что
или с учетом (2)

внутренней энергии и изменяются параметры состояния (температура).
Одинаковое количество теплоты, подведенное

- свойство рабочего тела, характеризующее количество теплоты, получаемое или отдаваемое телом, отнесенное к изменению температуры при бесконечно малом изменении его термодинамического состояния.

молей)

Взаимосвязь между массовой и объемной:

Взаимосвязь между массовой и мольной:

газ;
k = 7/5 = 1,4 - 2-х атомный;

Для 1 кг:

Для 1 моля:

Уравнения Майера

Изменения энтальпии


Изменения энтропии

Средняя

t

t2

t1

мольными долями.

Молярная кажущаяся
масса

Газовая постоянная

Молярная кажущаяся масса


Газовая постоянная

на 1-е, сохраняя равенство:
(2)
(1)
Обозначим:
тогда

параметрами состояния


Политропные процессы в идеальных газах

состояния


Адиабатические процессы в идеальных газах

энтропии

политропного процесса эквивалентно площади под процессом в р,v-системе координат

политропного процесса эквивалентно площади под процессом в р,v-системе координат

T,s-системе координат
Функция состояния - теплота неизотермического политропного процесса

T,s - системе координат
Теплота и работа изотермического процесса
Численное значение работы