Основы технической термодинамики и теплопередачи

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 3
1. Основы технической термодинамики 4
1.2 Свойства рабочих тел 5
1.3 Первый закон термодинамики 6
1.4 Реальные газы 7
1.5 Истечение паров и газов 8
2. Основы теплопередачи 9
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 12
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 13

1.2 Свойства рабочих тел
Термодинамическая система представляет собой совокупность материальных тел, находящихся в механическом и тепловом взаимодействии друг с другом и с окружающими систему внешними телами. Все, что не входит в систему, называется окружающей средой. Ниже представлены типы термодинамических систем:
• закрытые (обмен энергией);
• открытые (обмен с окружающей средой и энергией и веществом);
• изолированные (без обмена с окружающей средой).
Некоторые величины определяют состояние тела, характеризуют его. Они называются термодинамическими параметрами.
Основными термодинамическими параметрами для газов являются: давление, температура, удельный объем.
С точки зрения молекулярно-кинетической теории давление представляет собой отношение нормальной составляющей силы к поверхности, на которую действует сила, и давление есть средний результат ударов молекул газа, которые находятся в постоянном хаотическом движении, о стенки сосуда, в котором заключен газ.
...

1.3 Первый закон термодинамики
Термодинамический процесс – это совокупность изменений состояния термодинамической системы под воздействием окружающей среды при переходе из одного состояния в другое. Он может быть равновесным и неравновесным.
Работа является количественной мерой передачи энергии одного тела другому путем механического (расширение, сжатие) или теплового (охлаждение, нагрев) воздействия.
Работа, которая совершается при изменении объема системой имеет довольно большое значение в технической термодинамике.
Работа является мерой переданной энергии, характеризует упорядоченную форму передачи энергии от одного тела к другому и всегда связана с перемещением тел в пространстве.
Внутренняя энергия системы включает в себя:
• кинетическую энергию поступательного, вращательного и
• колебательного движения частиц;
• потенциальную энергию взаимодействия частиц;
• энергию электронных оболочек атомов;
• внутриядерную энергию.
...

1.4 Реальные газы
От идеальных газов реальные отличаются тем, что молекулы данных газов связаны между собой силами взаимодействия, которые имеют квантовую и электромагнитную природу, а также у этих молекул конечные собственные объемы. Законы идеального газа не применяются к реальным газам, так как свойства реальных и идеальных газов существенно отличаются.
Во многих отраслях народного хозяйства в качестве рабочих тел используются пары различных веществ (воды, аммиака, углекислого газа, фреонов и др.) и атмосферный воздух. Наиболее часто используемые - это водяной пар и атмосферный воздух.
Процесс превращения вещества из жидкого состояния в газообразное называют парообразованием. Парообразование – это испарение, происходящие со свободной поверхности твердого тела и жидкости при любой температуре. Процесс испарения имеет следующую сущность: отдельные молекулы, которые имеют довольно высокие скорости, вылетают в окружающее пространство, преодолевая притяжение соседних молекул.
...

1.5 Истечение паров и газов
В настоящее время в технике часто встречаются процессы истечения, которые имеют большую кинетическую энергию рабочего тела. Данные процессы применяются в устройствах и машинах различного рода, например, в ракетах, реактивных двигателях, эжекторах, газовых и паровых турбинах и др. Для расчета этих машин и устройств необходимо знать закономерности процесса истечения рабочего тела и изменения его параметров.
На скорость истечения практически не влияет форма поперечного сечения канала. Основную роль играет профиль канала, т.е. изменение сечения вдоль потока. Поэтому для получения определенной скорости истечения требуется выбрать соответствующий профиль канала.4
Необратимый процесс изменения состояния газа, который вызван местным сужением сечения по пути движения газа (шайба, диафрагма, вентиль, задвижка, заслонка и т.п.), называется процессом дросселирования газа.
...

2. Основы теплопередачи
Процесс передачи теплоты (тепловой энергии) как от одних тел к другим, так и внутри тела от более нагретых его частиц к менее нагретым, называется теплообменом, либо теплопередачей. Большую роль в работе радиаторов, двигателей внутреннего сгорания, паровых машин и котлов, теплосиловых установок, их агрегатов играет теплопередача.
Теплообмен осуществляется при помощи теплового излучения, конвекции и теплопроводности и является довольно сложным процессом.
Теплопроводностью называется передача тепловой энергии от одних соприкасающихся частиц или тел к другим. Данным способом тепловая энергия, как правило, передается в твердых телах, но также может передаваться в газах и жидкостях.
Молекулы, обладающие большой кинетической энергией, при столкновении с молекулами, имеющими меньшую кинетическую энергию, передают последним часть своей тепловой энергии.
В газах и жидкостях колебания мельчайших частиц передается перемешиванием, а в металлах колебаниями.
...

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе проделанной работы выполнены все задачи для достижения поставленной цели: рассмотрены немного истории о технической термодинамике, свойства рабочих тел, первый закон термодинамики, реальные газы, истечение паров и газов, а также основы теплопередачи и другие моменты.
Из вышеизложенного материала необходимо сделать несколько выводов: во-первых, в настоящее время ведутся интенсивные термодинамические исследования по прямому преобразованию теплоты в электрическую энергию, минуя промежуточную стадию – превращение теплоты в механическую работу в тепловых двигателях; во-вторых, термодинамические исследования установок по прямому превращению теплоты в электроэнергию являются еще одним шагом вперед в развитии технической термодинамики.
Стоит заметить, что ученые всего мира продолжают исследования по термодинамике, так как источником теплоты является природное топливо, а запасы его не безграничны, вследствие чего значение технической термодинамики не ослабевает.
...