Презентация учебного курса




НазваниеПрезентация учебного курса
Дата конвертации02.05.2013
Размер445 b.
ТипПрезентация


Теплотехника 190603 Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (Автомобильный транспорт)

  • Презентация

  • учебного курса

  • Составил доцент кафедры СТЭА,

  • Юхименко Владимир Федорович

  • Курс читается студентами в течение 1 семестра в объеме 64 часа аудиторных занятий (32 часа лекций, 16 часов лабораторных работ и 11 часов практических занятий) и 36 часов для самостоятельного изучения материала.


Введение

  • «Теплотехника» является общеинженерной дисциплиной, позволяющей сформировать у студентов современное представление о методах получения, преобразования, передачи и использования тепловой энергии, а также о машинах и аппаратах, в которых тепловые процессы происходят.

  • Изложены основные законы термодинамики и тепломассообена, свойства рабочих тел, термодинамические процессы, термодинамические циклы тепловых двигателей и холодильных машин; приведен анализ работы компрессора, основы расчета теплообменных аппаратов, вопросы энергосбережения, системы теплоснабжения.



Цели и задачи изучения дисциплины

  • Теоретически и практически подготовить будущих специалистов методам получения, преобразования, передачи и использования теплоты в такой степени, чтобы они могли выбирать и эксплуатировать необходимое технологическое оборудование при максимальной экономии топливно-энергетических ресурсов и материалов, интенсификации технологических процессов и выявления использования вторичных энергоресурсов , защиты окружающей среды.



Знания, умения и навыки, которые должен приобрести студент в результате изучения дисциплины.

  • Студент должен знать основные законы термодинамики и теплообмена, способы переноса теплоты, принципы действия и устройство теплообменных аппаратов, теплосиловых установок и других теплотехнических устройств, применяемых на транспорте; уметь рассчитывать термодинамические процессы и циклы, теплообменные процессы, аппараты и другие технические устройства, определять меры по тепловой защите и организации систем охлаждения; иметь навык в проведении теплотехнических исследований.



РАЗДЕЛ 1. Техническая трмодинамика.

  • ТЕМА № 1. Предмет технической термодинамики. Рабочие тела.

  • 1.1. ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА КАК ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОСНОВА ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ

  • В классической (феноменологической) термодинамике изучаются законы взаимных превращений различных видов энергии. Техническая термодинамика рассматривает закономерности взаимного превращения теплоты и работы. Здесь разрабатывается теория тепловых двигателей и даются пути их усовершенствования.

  • Коэффициент использования топлива в большинстве отраслей промышленности обычно не превышает 30 ... 35%. В связи с этим в настоящее время ставится вопрос о создании энерготехнологических агрегатов, в которых требования технологии и энергетики взаимно дополняли бы друг друга.



  • Разработать энерготехнологию, создать нетрадиционные и усовершенствовать существующие системы энергосбережения, оценить их эффективность можно лишь с помощью термодинамического анализа. Поэтому для инженера–энергетика термодинамика является теоретической основой его практической деятельности.

  • При изучении термодинамики особое внимание следует уделить усвоению термодинамического метода исследования, который имеет следующие особенности.

  • Во–вторых, термодинамика имеет дело только с макроскопическими величинами. Микроструктура веществ здесь не рассматривается. Это с одной стороны обеспечивает достоверность общих выводов термодинамики, а с другой – приводит к некоторой ее ограниченности и требует привлечения дополнительных сведений из физики, химии и т.д. И, наконец, описание процессов в термодинамике основывается на понятии о макроскопическом равновесии. Процессы здесь рассматриваются как непрерывная последовательность состояний равновесия (квазистатические процессы).



  • 1.2. ОСНОВНЫЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ

  • Каждое равновесное состояние термодинамической системы характеризуется определенными физическими величинами – равновесными параметрами состояния. Внутренние параметры характеризуют внутреннее состояние системы. К ним относятся давление, температура, объем и др. Внешние параметры характеризуют положение системы (координаты) во внешних силовых полях и ее скорость.

  • Внутренние параметры, в свою очередь, подразделяются на интенсивные и экстенсивные. Интенсивные – это те параметры, величина которых не зависит от размеров (массы) тела. Например, давление, температура, удельный объем, но не объем, удельная теплоемкость. Экстенсивные параметры зависят от количества вещества в системе (объем, масса и др.).

  • В термодинамике существует также деление параметров на термические (давление, температура, объем) и калорические (удельная энергия, удельная теплоемкость, удельные скрытые теплоты фазовых переходов).



  • Для характеристики конкретных условий, в которых находится данная система, или процесса, идущего в системе, необходимо, прежде всего, знать такие внутренние параметры состояния, как удельный объем, абсолютное давление, абсолютная температура.

  • Удельный объем (v, м3/кг) – это объем единицы массы или величина, определяемая отношением объема к его массе

  • , (1.1)

  • где V – объем произвольного количества вещества, м3; т – масса этого вещества, кг.

  • Величина, обратная удельному объему, называется плотностью (r, кг/м3); или это есть масса вещества, содержащаяся в единице объема. (1.2)



  • Давление – величина, определяемая отношением силы (нормальной составляющей силы), действующей на поверхность, к площади этой поверхности (р, Па=Н/м2),

  • (1.3)

  • где Fн – нормальная составляющая силы, Н; S – площадь поверхности, нормальной к действующей силе, м2.

  • Согласно Международной системе единиц (СИ) давление замеряют в Ньютонах на один квадратный метр (Н/м2). Эта единица измерения давления называется Паскалем (Па). Один мегапаскаль равен 106 Па (1 МПа = 106 Па).



  • Различают давления атмосферное, избыточное и разрежение (вакуум). Атмосферным называется давление атмосферного воздуха на уровне моря. За величину атмосферного давления принимается давление столба ртути высотой 760 мм (одна физическая атмосфера – обозначается атм). Таким образом, 1 атм = 760 миллиметров ртутного столба (мм. рт. ст.).

  • Давление, которое больше атмосферного, называется избыточным, а которое меньше – разрежением. Для измерения давления применяют манометры, атмосферного давления – барометры, разрежения – вакуумметры.

  • Термодинамическим параметром состояния является только абсолютное давление, которое отсчитывается от абсолютного нуля давления или абсолютного вакуума.

  • Избыточное давление и вакуум не являются параметрами состояния, так как они при одном и том же абсолютном давлении могут принимать различные значения в зависимости от величины атмосферного давления.



Избыточное давление и вакуум не являются параметрами состояния, так как они при одном и том же абсолютном давлении могут принимать различные значения в зависимости от величины атмосферного давления. В технике применяется достаточно большое число единиц измерения давления. Соотношения между ними приведены в таблице [1].



  • Температура (Т, К) – величина, характеризующая степень нагретости тел. Она представляет собой меру средней кинетической энергии поступательного движения молекул. Чем больше средняя скорость движения молекул, тем выше температура тела.

  • В настоящее время используются две температурные шкалы.

  • Международная практическая температурная шкала Цельсия (°С), в которой за основные реперные точки принимаются точка таяния льда (t0 = 0°С) при нормальном атмосферном давлении (р0 = 760 мм рт. ст.) и точка кипения воды при том же давлении – tк = 100°С. Разность показаний термометра в двух этих точках, деленная на 100, представляет собой 1° по шкале Цельсия.

  • Термодинамическая шкала температур, основанная на втором законе термодинамики. Началом отсчета здесь является температура T0 = 0К= – 273,15°С. Измерение температур в каждой из этих двух шкал может производиться как в Кельвинах (К), так и в градусах Цельсия (°С) в зависимости от принятого начала отсчета.



  • Температура (Т, К) – величина, характеризующая степень нагретости тел. Она представляет собой меру средней кинетической энергии поступательного движения молекул. Чем больше средняя скорость движения молекул, тем выше температура тела.

  • Между температурами, выраженными в Кельвинах и градусах Цельсия, имеется следующее соотношение. ( 1.4)

  • В так называемой тройной точке, где жидкая, твердая и газообразная фазы находятся в устойчивом равновесии, температура в Кельвинах равна T=273,16К, а в градусах Цельсия t = 0,01°С.



1.3. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС

  • 1.3. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС

  • Под термодинамическим процессом понимается совокупность последовательных состояний, через которые проходит термодинамическая система при ее взаимодействии с окружающей средой.

  • Состояние термодинамической системы может быть равновесным и неравновесным. Равновесным называют такое состояние системы, при котором во всех точках ее объема все параметры состояния и физические свойства одинаковы (давление, температура, удельный объем и др.). В термодинамике постулируется, что изолированная система с течением времени всегда приходит в состояние термодинамического равновесия и никогда не может самопроизвольно выйти из него.

  • Все процессы, происходящие в термодинамической системе, подразделяются на равновесные и неравновесные. Равновесными называются такие процессы, когда система в ходе процесса проходит ряд последовательных равновесных состояний.



  • Если процесс протекает настолько медленно, что в каждый момент времени устанавливается равновесие, то такие процессы называются квазистатическими. Эти процессы обладают свойствами обратимости.

  • Неравновесными называются такие процессы, при протекании которых система не находится в состоянии равновесия. Процесс перехода системы из неравновесного состояния в равновесное называется релаксацией, а время перехода в состояние равновесия – временем релаксации.

  • Все реальные процессы, протекающие в природе, являются неравновесными. Это определяется тем, что при протекании процесса с конечной скоростью в рабочем теле не успевает установиться равновесное состояние.

  • Однако термодинамика в первую очередь рассматривает равновесные процессы и равновесные состояния, так как только равновесные состояния могут быть описаны количественно с помощью уравнений состояния. Лишь равновесные процессы изменения состояния термодинамической системы можно изображать графически.



  • Всякое произвольно взятое равновесное состояние в трехосной системе координат pvT изображается точкой, а совокупность этих точек при непрерывном изменении состояния – некоторой кривой, представляющей собой графическое изображение равновесного процесса.

  • Однако использовать трехосную систему координат затруднительно, поэтому на практике пользуются проекциями кривых трехосной системы на плоскости в прямоугольной системе координат. В технической термодинамике для исследования равновесных термодинамических процессов наиболее часто применяют двухосную систему координат p–v. В этой системе координат вертикаль изображает изохорный процесс, горизонталь – изобарный, кривая вида гиперболы – изотермический (рис. 1.1).



Кроме того, в термодинамике рассматриваются процессы адиабатный, совершающийся при отсутствии теплообмена (dq=0) и политропный, обобщающий процесс, частными случаями которого являются первые четыре процесса.

  • Кроме того, в термодинамике рассматриваются процессы адиабатный, совершающийся при отсутствии теплообмена (dq=0) и политропный, обобщающий процесс, частными случаями которого являются первые четыре процесса.



  • К термодинамическим процессам относится также круговой процесс или цикл. Циклом называется совокупность процессов, возвращающих систему в первоначальное состояние.

  • На диаграммах цикл изображается замкнутым контуром, вид которого полностью определяется числом и формой составляющих цикл процессов.

  • Графическое изображение и изучение циклов в пространственной системе координат было бы еще более трудным, чем изображение отдельных процессов. Поэтому цикл точно также проектируется на одну из координатных плоскостей.



1.4. УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ

  • Уравнение, устанавливающее связь между давлением, температурой и удельным объемом среды постоянного состава, называется термическим уравнением состояния. Общий вид этого уравнения.

  • (1.5)

  • Уравнение (1.5) в пространстве отображает поверхность, которая характеризует все возможные равновесные состояния однородной термодинамической системы. Эта поверхность называется термодинамической поверхностью или поверхностью состояния. На термодинамической поверхности каждому состоянию системы соответствует определенная точка.



  • Теория уравнения состояния пока разработана лишь для идеального газа, для газов, имеющих небольшую плотность, и в меньшей степени для плотных газов.

  • Уравнение состояния идеального газа впервые было получено Клапейроном в 1834 г. путем объединения уравнений законов Бойля–Мариотта и Гей–Люссака – pv/T = const. Обозначая константу через R, получим

  • (1.6)

  • где R – удельная газовая постоянная, отнесенная к массе газа, равной 1 кг; Дж/(кг.К).

  • Уравнение (1.6) записано для 1 кг газа. Для m кг уравнение состояния будет иметь вид

  • (1.7)

  • где V – объем газа, м3.



  • Газ, состояние которого точно описывается уравнением (1.6), называется идеальным. Многие реальные газы при малых плотностях и при достаточно высоких температурах по своим свойствам приближаются к идеальным. Поэтому для их расчетов может быть применено уравнение (1.6).

  • Умножая обе части уравнения (1.6) на молекулярный вес m получим

  • (1.8)

  • где – объем, занимаемый одним молем газа.

  • Молекулярный вес представляет собой сумму атомных весов атомов, образующих молекулу. Следовательно, молекулярный вес характеризует массу молекулы.

  • Количество газа, вес которого в килограммах численно равен его молекулярному весу, называется молем или киломолем.

  • В соответствии с законом Авогадро при одинаковых давлениях и температурах в каждом моле газа содержится одинаковое количество молекул NA = 6,022 1023 моль-1 (постоянная Авогадро).



  • Если, например, молекулярный вес водорода ,

  • азота , кислорода ,

  • то, взяв эти газы соответственно в количествах 2 кг, 28 кг и 32 кг при одинаковых температуре и давлении, получим, что объемы этих количеств газов равны.

  • Объем одного моля газа при нормальных физических условиях

  • (T0 = 273,15К, р0 = 101332 Па) м3/моль.

  • Подставляя эту величину в (1.8), получим Дж/(моль К),

  • (1.8а)

  • где – универсальная газовая постоянная, одинаковая для любого газа.

  • Отсюда уравнение состояния для одного моля идеального газа будет

  • (1.9)

  • Уравнение (1.9) было выведено Д.И. Менделеевым в 1874 году и называется уравнением состояния Клапейрона– Менделеева.



1.5. ГАЗОВЫЕ СМЕСИ

  • В технике довольно часто приходится иметь дело с газообразными веществами, представляющими механическую смесь отдельных газов, по своим свойствам приближающуюся к идеальным газам.

  • Например, атмосферный воздух представляет газовую смесь, включающую азот, кислород, углекислый газ, водяные пары и ряд других газов. Определение параметров необходимо для решения многих практических задач.

  • Газовой смесью называется смесь отдельных газов, химически не реагирующих между собой, т.е. каждый газ в смеси полностью сохраняет все свои свойства и занимает весь объем смеси. Давление, которое создают молекулы каждого отдельного газа смеси, при условии, что этот газ находится один в том же количестве в том же объеме и при той же температуре, что и в смеси, называется парциальным (частичным) давлением.

  • Будем считать, что каждый отдельный газ смеси подчиняется уравнению (2.7), т.е. является идеальным газом. Поэтому параметры газовой смеси так же могут быть вычислены по уравнению Клапейрона

  • ,

  • где все величины в этом уравнении относятся к смеси газов.



  • Согласно закону Дальтона общее давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений газов, входящих в смесь

  • ,

  • где р – давление смеси; р1, р2,…, pn – парциальные давления отдельных газов смеси.

  • Газовая смесь может быть задана массовыми, объемными и молярными долями.

  • Массовая доля – отношение массы каждого отдельного газа к суммарной массе смеси

  • ,

  • где g1, g2,…, gn – массовые доли отдельных газов; т – суммарная масса всей смеси

  • Сумма массовых долей равна единице

  • Объемная доля – отношение парциального (приведенного) объема каждого газа к общему объему смеси

  • где r1, r2,…, rn – объемные доли; V1, V2, Vn – парциальные объемы каждого газа; V– объем смеси газов.



  • Парциальный объем – это объем, который занимал бы газ, если бы его давление и температура равнялись параметрам смеси газов.

  • Парциальный объем каждого газа при постоянной температуре находится по закону Бойля-Мариотта

  • .

  • Сложив почленно эти уравнения, получим, что сумма парциальных объемов равна объему смеси (закон Амага)

  • .

  • Если сложить объемные доли, то получим

  • .

  • Из закона Бойля-Мариотта (при постоянной температуре)

  • следует . Отсюда

  • или

  • .

  • Последняя формула позволяет определять парциальные давления компонентов смеси, если известен ее объемный состав.



  • Последняя формула позволяет определять парциальные давления компонентов смеси, если известен ее объемный состав.

  • Задание смеси молярными долями заключается в следующем. Сначала находим количество молей каждого компонента смеси по соотношениям

  • ,

  • где М1, М2,..., Мп – количество молей каждого компонента; m1, m2,ююю, mn – молекулярные веса соответствующих компонентов смеси.

  • Отсюда вся газовая смесь будет содержать М молей

  • .

  • Мольные доли yi (i=1,2,3,...,n) находятся в виде отношений

  • .

  • Очевидно, что .

  • Так как , то молекулярный вес смеси

  • m будет определяться по формуле



  • Полученное значение называется средним кажущимся значением молекулярного веса смеси. Знание молекулярного веса позволяет по формуле (2.9а) находить газовую постоянную смеси R (ниже будет приведена формула для определения m по известной R).

  • По закону Авогадро мольные объемы различных газов при одинаковых давлениях и температурах равны (в равных объемах различных газов содержится одинаковое количество молекул). Отсюда для i–го газа смеси справедливо соотношение

  • ,

  • где Vm – объем, занимаемый одним молем газа.

  • Для всей смеси получим .

  • Отсюда или .

  • Следовательно, мольные и объемные доли численно равны между собой.

  • Выведем формулу для определения молекулярного веса смеси по ее объемному составу. Из предыдущего для i–го компонента можно

  • записать

  • или для всей смеси .



  • Учитывая, что , получим

  • Заменяя в последнем уравнении молекулярные веса их плотностью

  • (на основании закона Авогадро), получим ,

  • так как .

  • В случае, когда газовая смесь задана массовым составом, то с помощью уравнения состояния

  • выразим парциальные давления компонентов .

  • Для давления всей смеси в соответствии с законом Дальтона

  • получим формулу . Или .

  • Учитывая, что , получим .

  • По известной газовой постоянной смеси, используя формулу (1.8а), мож­но найти молекулярный вес смеси.



Похожие:

Презентация учебного курса icon1. Краткий обзор учебного курса Краткий обзор учебного курса
Обсуждение омт это междисциплинарный процесс, который обобщает информацию о медицинской, социальной, экономической и этической стороне...
Презентация учебного курса iconРодительское собрание. Изучение курса
Нормативно-правовой основой разработки и введения в учебный процесс общеобразовательных школ комплексного учебного курса «Основы...
Презентация учебного курса iconТема Введение. Состав и значение курса "Введение в специальность". Задачи курса. Основные разделы курса. Виды контроля знаний. Критерии оценки. Перспективы обучения в вузе. Обзор и краткий анализ учебного плана специальности "Дизайн". Тема 1
Введение. Состав и значение курса "Введение в специальность". Задачи курса. Основные разделы курса. Виды контроля знаний. Критерии...
Презентация учебного курса iconТема родительского собрания: «Введение комплексного учебного курса «Основы религиозных культур и светской этики»

Презентация учебного курса iconПрограмма учебного курса для системы повышения квалификации государственных гражданских служащих по теме: «Государственное и муниципальное управление развитием государственно-частных партнерств»

Презентация учебного курса iconОб итогах апробации и готовности системы общего образования Республики Марий Эл к введению комплексного учебного курса «Основы религиозных культур и светской этики» в 2012 году Партнерство Министерства образования и науки Республики Марий Эл с конфессиями
Об итогах апробации и готовности системы общего образования Республики Марий Эл к введению комплексного учебного курса «Основы религиозных...
Презентация учебного курса iconПоручение Президента РФ о введении с 2012 года во всех субъектах РФ комплексного учебного курса для общеобразовательных учреждений «Основы религиозных культур и светской этики» от 02. 08. 2009г. N пр-2009

Презентация учебного курса iconПродолжительность курса: Продолжительность курса
Цель предлагаемого курса -научиться основным приемам решения задач с помощью анализа графических зависимостей
Презентация учебного курса iconТема учебного проекта
Предлагаемый информационный проект изучает вопрос курса русского языка «Морфология. Собственные имена существительные» иорганизует...
Презентация учебного курса iconЦель учебного блока: Цель учебного блока
Изучить механизм протекания переменного тока в цепи с конденсатором. Изучение учебного блока необходимо реализовать по схеме №1 и...
Разместите кнопку на своём сайте:
hnu.docdat.com


База данных защищена авторским правом ©hnu.docdat.com 2012
обратиться к администрации
hnu.docdat.com
Главная страница