Дәрістік сабақ конспектілері
2.2.1 Модуль №1 “Техникалық термодинамика”
Дәріс тақырыбы 1
Кіріспе. Техникалық термодинамиканың негізгі түсініктемелерімен анықтамалары.
Дәріс конспектісі
1.1.1. Кіріспе. Жылу техникасы жалпы техникалық пән болады және
бакалаврларды дайындауда негізгі роль атқарады. Себебі қазіргі замандағы техникалардың технологиялық процестерінде және техникалық құрылыстарында жылуды алудағы және берудегі орыны өте маңызды. Біздің елімізде және бүкіл дүние жүзінде жылу энергиясының дамуындағы жылутехникасының ролі жылдан жылға өсуде. Қазіргі уақытта жылу энергетикңалық қондырғылар бізідң еліміздегі барлық электрэнергияның 80 %-тін өндіреді. Келешекте отын және энергия өндірістерінің дамуы және отын-энергетикалық баланс, барлық халық шаруашылығы саласында электрэнергияны дамытуды, оларды тиімді пайдалануды және қоршаған ортаны қорғауды қамтамасыз етеді. Алға қойылған міндетті шешуде инженерлердің атқаратын ролі басқаша, соның ішінде энергетикалық қондырғыларды және технологиялық машиналарды жасауда және пайдалануда ғылыммен техниканың соңғы жетістіктерін пайдалана отырып осының бәрін жылу техникасы анықтайды – жалпы техникалық пән, жылуды алудың әдістерін, өзгеруін, берілуін және пайдалануын зерттейтін, осыған сәйкес аппарттарды, жылутехникалық қондырғыларды және құрылғыларды білу керек.
Оқылатын курс екі бөлімнен тұрады:
1-бөлім “Техникалық термодинамика”, 2-бөлім “Жылу алмасу теориясы (жылу беріліс)”.
Пәннің бірінші бөлімі термодинамиканың негізгі жағдайларын және заңдарын мазмұндауға арналған және оларды әртүрлі термодинамикалық процестерде және жылу-күштілі қондырғыларды пайдалануға негізделген.
Пәннің екінші бөлімінде жылумасса алмасудың негізгі теориялық жағдайлары және олардың әртүрлі қолданбалы мақсаттары қарастырылған.
Жылу энергияның механикалыққа өзгеру заңдылықтарымен, жұмыстың дененің қасиеттерін талдаумен және отын жанғандағы химиялық энергияны энергетикалық қондырғыларда және технологиялық процестерде қолданылуымен айналысатын ғылымды жылу техникасы дейді.
Жылу энергияның механикалық энергияға ауысу заңдылықтарын және жұмыстың дененің қасиеттерін оқитын жылу техникасының теориялық тарауын техникалық термодинамика деп атайды.
Әртүрлі денелердегі жылудың таралу процестерін зерттейтін жылу техникасы пәнінің тарауын жылу алмасу теориясы немесе жылу беріліс деп атайды.
Техникалық термодинамика және жылу беріліс жылу техникасының теориялық негізі болып есептеледі.
Қазіргі замандағы жылу техникасының негізгі мақсатты жылуэнергетикалық қондырғылардағы және жылу аппараттарындағы өтетін жылу процестерін терең зерттеу, жылу машиналарын жетілдіру және олардың пайдалы әсер коэфициенттерін жоғарлату, тиімді жұмыс циклдерін табу жолымен, сондай-ақ ең ұтымды жылу схемаларын және жұмыстың дененің күйлерінің тиімділік параметрлерін анықтау арқылы.
Техникалық термодинамиканың негзгі түсініктемелермен анықтамалары.
Термодинамика – термодинамикалық тепе-теңдік күйде болатын макроскопиялық физикалық жүйенің айрықша жалпы қасиеттері туралы ғылым, және осы күйлердің арасындағы өтетін процестер жөнінде, яғни әртүрлі энергияның бір түрден басқа түрге ауысуы туралы ғылым.
Техникалық термодинамика – термодинамиканың заңдарын жылу техникасында қолданумен айналысатын термодинамиканың арнаулы тарауы.
Техникалық термодинамика жылу, механикалық, және химиялық процестерінің өз-ара арасындағы байланысты белгілейді, қайсы кезде жылу және тоңазытқыш машиналарда өтетін, сондай-ақ газдарда және буларда болатын термодинамикалық процестерді және осы денелердің әртүрлі қасиеттерін зерттейді.
Термодинамикалық әдіс – термодинамиканың заңдарының математикалық дамуына қатаң көңіл аудару.
Қазіргі уақытта термодинамикада екі зерттеу әдісі қолданылады: дөңгелек процестік әдіс және термодинамикалық функциялық әдіс және геометриялық құрастыру.
Техникалық термодинамиканың басты мақсаты жылудың және жұмыстың өзара ұтымды алмасу процестерін табу.
Термодинамиканың негізіне тәжірбиелік жолмен табылған екі негізгі заңдарды (басталуы) немесе принциптері жатады. Термодинамиканың бірінші заңы немесе (бірінші басталуы) энергияның сақталу және алмасу заңының жеке жағдайын береді.
Термодинамканың екінші заңы (екінші басталуы) жылулық немесе термодинамиканық процестердің бағыттарының өтулерін сипаттайды., яғни нақты процестердің ағысының бағыттарын сипаттайды. 19 ғасырдың басында термодинамиканың екі заңы тағы бір қосымша тәжірбиелік жағдаймен толықтырылып, термодинамиканың үшінші бастамасы немесе Нернстің жылулық теоремасы деп аталған. Бұл заң абсолюттік ноль температурасының болмау принципін сипаттайды, яғни абсолюттік ноль температурадағы заттың қасиетін бекітеді.
Негізгі заңдарды жылудың механикалық жұмысқа механикалық жұмыстың жылуға ауысуына немесе механикалық жұмыстың жылуға ауысуына қолдана отырып, техникалық термодинамика жылу қозғалтқыштарының немесе машиналарының теориясын жасауға және құруға, сондай-ақ олардағы өтетін жұмыс процестерін зарттеуге жәнеде әр типті машиналардың экономикасымен тиімділігін жеке бағалауға мүмкіндік береді.
Жылу қондырғыларында жылу жұмысқа ауысу процесі, жұмыстық денің көмегімен жүзеге асырылады.
Жылу қозғалтқышында немесе жылутехникалық қондырғыда заттың дүркін-дүркін тұйықталған процесі (цикл) жүзеге асатын болса және нәтижесінде пайдалы жұмыс алынса, онда ондай затты жұмыстық дене (отының жану өнімі, ауа, бу және т.б.) дейді.
Күй параметрлері – физикалық шамалар, термодинамикалық жүйенің күйін бір мәнде сипаттайтын және ол жүйенің қалпына тәуелсіз болады. Негізгі күй параметрлеріне жататындар: қысым, температурада, меншікті көлем n немесе тығыздық r.
Осы үш параметрлердің қосындысы дененің жылулық күйін сипаттайды, сондықтан оларды күйдің термодинамикалық парметрлері дейді.
Күй теңдеуі – термодинамикалық жүйенің тепе-теңдік күйіндегі параметрлерінің арасындағы өз-ара байланысты көрсететін теңдеу. Идеал газ үшін күй теңдеуі (1 кг газ үшін) мынандай түрде (Клапейрон теңдеуі) жазылады.
P*J=R*T, (1.1.1)
Немесе кез-келген m кг мөлшерлі, біртекті газ үшін
P*V= m R*T, (1.1.2)
