Термодинамические процессы

Классификация процессов изменения состояния. Общие методы исследования процессов изменения состояния любых рабочих тел. Политропные процессы. Уравнение политропы. Определение показателя политропы. Анализ процессов на основе сравнения показателей политропы. Процессы в координатах и . Основные термодинамические процессы: изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный — частные случаи политропного процесса.

Термодинамические процессы в реальных газах и парах. Свойства реальных газов. Фазовые равновесия и фазовые переходы. Теплота фазовых переходов. Фазовые диаграммы. Тройная и. критическая точки. Уравнение состояния реальных газов. Коэффициент снижаемости. Пары. Основные определения. Процессы парообразования в - и - диаграммах. Водяной пар. Понятие об уравнении Вукаловича — Новикова. Термодинамические таблицы воды и водяного пара. , , - диаграммы водяного пара. Расчет термодинамических процессов водяного пара с помощью таблиц и - диаграммы.

Методические указания.

Приступая к изучению этой темы, студент должен четко уяснить себе, что расчетные формулы, применявшиеся при изучении идеального газа, здесь, как правило, недействительны. Так, например, для идеального газа в процессе изменение внутренней энергии его равнялось нулю, а для пара при не равно нулю. Линии, изображающие основные термодинамические процессы в - и - диаграммах, в общем случае различны для газа и пара. При расчете паров мы не имеем такого простого и точного уравнения состояния, как для идеального газа. Поэтому процессы и циклы с паром рассчитываются с помощью таблиц и - диаграммы.

При рассмотрении отдельных видов уравнения состояния реального газа (уравнение Ван-дер-Ваальса, уравнение Вукаловича — Новикова и др.) необходимо ясно представлять, на каком физическом фундаменте строились эти уравнения и как из них получить уравнение состояния идеального газа.

Литература: [1, с. 32—41]; [2, с. 31—36, 92—102].

Вопросы для самопроверки. 1. Как называется процесс, в котором вся подведенная теплота идет на увеличение внутренней энергии? 2. Как называется процесс, в котором вся подведенная теплота идет на совершение работы? 3. Как называется процесс, в котором работа совершается лишь за счет уменьшения внутренней энергии? 4. Как называется процесс, в котором подведенная к рабочему телу теплота численно равна изменению энтальпии? Какая доля подведенной теплоты в этом случае идет на совершение работы? 5. Какой процесс называется политропным? 6. Покажите в - диаграмме работу газа в адиабатном процессе. 7. Можно ли уравнение при

назвать дифференциальным уравнением политропы идеального газа? 8. При каких значениях показателя политропы можно получить уравнения основных термодинамических процессов? В чем состоит обобщающее значение политропного процесса? 9. Изобразите схематично в - диаграмме процесс сжатия и покажите, какими площадками будут изображаться 10. Почему в - диаграмме изохора идет круче, чем изобара, а в - диаграмме адиабата идет круче изотермы? 11. Как в - диаграмме по заданной кривой процесса определить знак и ? 12. Что такое испарение и кипение? 13. Какой пар называется сухим насыщенным? 14. Каков физический смысл пограничных кривых? Какой пар называется перегретым и что такое степень перегрева? 15. Какой пар называется влажным насыщенным и что такое степень сухости? 16. Как определить удельный объем, энтальпию, энтропию влажного пара? 17. Как изменяется теплота парообразования с увеличением давления? 18. Чем характерна критическая точка? 19. Какими параметрами можно охарактеризовать состояние влажного, сухого и перегретого пара? 20. Изобразите - и - диаграммы водяного пара и покажите в них характерные области и линии фазовых переходов. 21. Изобразите основные термодинамические процессы с паром в - и - диаграммах. Приведите формулы для определения работы, теплоты, . 22. Как меняются в зависимости от давления энтальпия сухого насыщенного пара, энтальпия жидкости и теплота парообразования? 23. Что учитывается при выводе уравнения Ван-дер-Ваальса? 24. Что учитывается при выводе уравнения Вукаловича — Новикова? 25. Какие величины связывает между собой уравнение Клапейрона — Клаузиуса? 26. Чем характерна тройная точка? Каковы значения ее параметров для воды? 27. Дайте формулировку правила фаз.

 

Влажный воздух

 

Определение понятия “влажный воздух”. Влагосодержание, абсолютная и относительная влажности воздуха. Температура точки росы: - диаграмма влажного воздуха. Основные процессы.

Литература: [1, с. 44—46]; [2, с. 147—150]

Вопросы для самопроверки. 1. Дайте определение влажного воздуха. 2. Что такое насыщенный и ненасыщенный влажный воздух? 3. Что такое абсолютная и относительная влажность, влагосодержание? 4. В чем особенность единицы энтальпии влажного воздуха? 5. Что такое температура точки росы? 6. Почему в - диаграмме процесс сушки в идеальной сушильной установке протекает при неизменной энтальпии?

 

 

Термодинамика потока

 

Истечение и дросселирование газов и паров. Основные положения. Уравнение первого закона термодинамики для потока, его анализ. Понятие о сопловом и диффузорном течении газа. Адиабатные течения. Скорость адиабатного течения. Связь критической скорости истечения с местной скоростью распространения звука. Уравнения Ньютона и Лапласа. Критическое отношение давлений. Расчет скорости истечения и секундного массового расхода для критического режима. Условия перехода через критическую скорость. Сопло Лаваля. Расчет процесса истечения водяного пара с помощью - диаграммы. Действительный процесс истечения. Дросселирование газов и паров. Сущность процесса. Изменение параметров в процессе дросселирования. Понятие об эффекте Джоуля — Томсона. Особенности дросселирования идеального и реального газов. Понятие о температуре инверсии. Практическое использование процесса дросселирования. Условное изображение процесса дросселирования в - диаграмме.

Методические указания.

При изучении этой темы студент должен обратить внимание на те допущения, которые положены в основу вывода уравнения энергии газового потока. Следует твердо знать условия перехода от дозвуковых скоростей потока к сверхзвуковым, уметь рассчитывать сужающееся сопло и сопло Лаваля. Надо знать, как влияет трение на течение газа или пара и уметь изобразить процессы течения с трением в - и - диаграммах, уметь объяснить, что такое давление и температура заторможенного потока. Необходимо понять смысл температуры инверсии и инверсионной кривой, чтобы объяснить возможность сжижения газов в процессе дросселирования.

Литература: [1, с. 47—55, 58—59]; [2, с. 132—146]

Вопросы для самопроверки. 1. Напишите уравнение энергии газового потока и дайте объяснение отдельным членам, входящим в него. 2. Что такое работа проталкивания и какой она может иметь знак? 3. Что такое техническая работа? Как показать ее в - диаграмме? 4. Каков физический смысл критической скорости? 5. Что такое сопло и диффузор? 6. Как связано изменение площади поперечного сечения канала с изменением скорости и числом ? 7. При каких условиях режим течения в сопле Лаваля становится нерасчетным? 8. Какой процесс называется дросселированием? 9. Как протекает процесс адиабатного дросселирования? 10. Как изменяются параметры влажного пара при дросселировании? Как и в зависимости от чего меняется температура реального газа при дросселировании?