Слайд 1Процессы изменения состояния термодинамических систем
Классификация термодинамических процессов
Термодинамический процесс может
быть задан либо графическим способом в виде изображения процесса в
координатах p-v, p-T, Т-s, либо в аналити-ческой форме в виде зависимости
Уравнение процесса может быть также задано исходным условием о неизменном значении в этом процессе какой - либо функции состояния
или условием о равенстве нулю какого – либо эффекта термодинамического процесса
Слайд 2 При изучении термодинамических процессов определяются:
1) закономерность изменения параметров состояния рабочего
тела, то есть выводится уравнение процесса или дается его графическое
изображение в координатах p-v, p-T, Т-s и т.д.;
2) параметры состояния системы в начальной и конечной точках процесса;
3) численные значения работы и теплообмена в процессе;
4) изменение значений внутренней энергии, энтальпии и энтропии рабочего тела.
Простейшие термодинамические процессы
Простейшими термодинамическими процессами обычно считают изобарный, изохорный и изопотенциальные процессы.
Слайд 3Изобарный процесс
– процесс в
котором давление в системе остается постоянным
.
Слайд 4 Изобарные процессы подвода или отвода теплоты происходят в поршневых двигателях
внутреннего сгорания, газотурбинных, паросиловых, холодильных установках и др.
Для идеального газа
в изобарном процессе (1-2) соотношение объемов прямо пропорционально соотношению температур
Удельная термодинамическая и потенциальная работы в изобарном процессе определяются из соотношений
Слайд 5 Для идеального газа
Количество теплоты, подведенной к рабочему телу или отведенной
от него в изобарном процессе, опреде-ляется из выражения первого начала
термодинамики
Для идеального газа
Слайд 6
Изохорный процесс
– процесс,
при котором объем системы или удельный объем рабо-
чего тела остается постоянным.
Слайд 7 В изохорных процессах происходит увеличение
или уменьшение давления, что связано
с соответствен –
ным изменением температуры – подводом или отводом
теплоты.
Изохорные процессы подвода или отвода теплоты
происходят в поршневых двигателях внутреннего сго-
рания, газотурбинных, паросиловых установках и др.
Для идеального газа в изохорном процессе соотношение давлений прямо пропорционально соотношению температур
Слайд 8 Удельная термодинамическая и потенциальная
работы в изохорном процессе определяются из
соотно-
шений
Для идеального газа
Количество теплоты,
подведенной к рабочему телу
или отведенной от него в изохорном процессе, определя-
ется из выражения первого начала термодинамики
Для идеального газа
Изопотенциальный процесс – термодинамический
процесс изменения состояния системы, при
котором
значение потенциальной функции сохраняет неизменное
значение
Слайд 10 Для идеального газа, согласно уравнению Клапейрона
изопотенциальный процесс
является и изотермическим .
Удельная термодинамическая и потенциальная работы
в изопотенциальном процессе определяются из следую-
щих соотношений:
Слайд 11
Нетрудно заметить, что постоянство
приводит к условию
Поэтому, в изопотенциальном процессе численные
значения термодинамической и потенциальной работ равны между собой.
Слайд 12 Для идеального газа pv=RT=idem
(изотермический)
Количество теплоты, подведенной к рабочему телу или отведенной от него
в изопотенциальном процессе определяется из выражения первого начала термодинамики по балансу рабочего тела
Для идеалного газа du=0; dh=0
Слайд 13 Адиабатный процесс - термодинамический процесс
изменения состояния системы, при котором отсутствует
теплообмен
и
в силу обратимости процесса
энтропия остается величиной постоянной
Слайд 14
Из выражения первого начала термодинамики для
простого тела при условии
имеем
Отсюда
следует выражение для показателя адиабатного процесса
где ns=k – показатель адиабаты.
Расчетное выражение для расчета показателя адиабатного процесса
Слайд 15
После интегрирования при условия постоянства
показателя процесса имеем
Для идеального газа
показатель адиабаты равен
k= cp/cv
Слайд 16 Из уравнения адиабатного процесса получим выражение для связи параметров состояния
потенцируя имеем
Слайд 17 Выражения конечных (интегральных) величин
термодинамической и потенциальных работа в адиабат-
ном процесс
можно получить при сопоставлении их
элементарных значений
С учетом определения показателя
адиабаты имеем:
Слайд 18 Интегрируя последнее выражение с учетом того, что k=idem, получим интегрального
уравнения термодинамической работы
Введем понятие характеристики процесса расширения или сжатия
Слайд 19 Окончательно имеем уравнения для определения термодинамической и потенциальной работы
Различные уравнения
для определения характе-
ристики расширения или сжатия
определяются с
учетом уравнения адиабаты
Слайд 20Применительно для идеального газа имеем:
Слайд 21 Уравнения перечисленных простейших и любых
других термодинамических процессов могут быть
представлены одним
уравнением. Это уравнение назы-
вается уравнением политропы, а термодинамические
процессы, описываемые этим
уравнением, называются
политропными.
Политропные процессы
Политропным процессом с постоянным показателем
называется обратимый термодинамический процесс
изменения состояния простого тела, подчиняющийся
уравнению
Слайд 22 где п – показатель политропы, являющий в рассматриваемом процессе постоянной
величиной, которая может иметь любые частные значения - положительные и
отрицательные (- n +).
Физический смысл показателя политропы п определяется после дифференцирования уравнения политропы
Слайд 24 Это значит, что постоянный показатель
политропы определяется соотношением потенциальной
и термодинамической работ
в элементарном или
конечном процессах. Значения этих работ могут быть
определены графически
в координатах
В логарифмических координатах политропный
процесс (политропа) с постоянным показателем
представляет собой прямую линию
При этом, постоянный показатель политропы
определяется как тангенс угла наклона линии процесса к
оси абсцисс ( )
Слайд 25
Из соотношения показателя политропи следует, что
для изобарного процесса
, для изохорного процесса
nv =
± ∞, для изопотенциальног процесса npv = 1 (для
идеального газа =1 , это означает, что для
идеального газа изоротенциальный, изотермический,
изоэнергетический и изоэнтальпийный процессы совпа
дают), для адиабатного процесс n = k.
Слайд 26Работа в политропных процессах
Выражения конечных (интегральных) величин
термодинамической и потенциальных работ
в политро-
пных процессах
для идеального газа pv = RT
и
Слайд 27 Теплообмен в политропном процессе для простых тел выводится также на
основе рассмотрения выражения первого начала термодинамики
Последнее выражение можно представить
в виде
Удельная внутренняя энергия для простых тел может быть представлена в виде функции u =и (p, v).
Тогда дифференциал внутренней энергии запишется в следующем виде:
Слайд 28Введем следующие обозначения:
При этом выражение примет вид:
Подставив полученное уравнение
в выражение первого начала термодинамики
получим
Слайд 29
Для определения величин ( и
) рассмотрим два термодинамических процесса:
Изоэнергетический процесс (u = idem, du
= 0 ,n = nu.)
Так как в изоэнергетическом процессе
Адиабатный процесс ( q = 0). Для этого процесса
показатель политропы принимает значение n = k и элемен-
тарная термодинамическая работа также не равна нулю
Слайд 30 С учетом полученных соотношений для определения av и
ap, находим
выражения для расчета удельных значений
изменения внутренней энергии и теплообмена
в элементарном
процессе:
Соотношения для расчета удельных значений изменения внутренней энергии и теплообмена в конечном процессе имеют следующий вид:
Для идеального газа nu = 1
