Теплотехника это – Теплотехника — Большая советская энциклопедия

Теплотехника — Большая советская энциклопедия

Теплоте́хника

Отрасль техники, занимающаяся получением и использованием теплоты в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте и в быту.

Получение теплоты. Основным источником теплоты, используемой человечеством (70-е гг. 20 в.), является природное органическое топливо, выделяющее теплоту при сжигании. Различают твёрдое, жидкое и газообразное топливо. Наиболее распространённые виды твёрдого топлива — угли (каменные и бурые, антрациты), Горючие сланцы, Торф. Природное жидкое топливо — Нефть, однако непосредственно нефть редко используется для получения теплоты. На нефтеперерабатывающих предприятиях из нефти вырабатывают Бензин — горючее для автомобильных и поршневых авиационных двигателей; Керосин — для реактивной авиации и для некоторых поршневых двигателей; различные типы дизельного топлива (См. Дизельное топливо) и Мазуты, применяемые в основном на тепловых электростанциях. Газообразное топливо — природный газ, состоящий из метана и др. углеводородов (см. Газы горючие)

. Топливом в сравнительно небольших масштабах служит также древесина (Дрова и древесные отходы). В середине 20 в. разрабатываются методы сжигания промышленных и бытовых отходов с целью их уничтожения и одновременного получения теплоты.

Важнейшая характеристика топлива — удельная Теплота сгорания. Для сравнительных расчётов используется понятие топлива условного (См. Топливо условное) с теплотой сгорания 29308 кдж/кг (7000 ккал/кг).

Для сжигания топлива служат различные технические устройства — топки (См. Топка), печи (См. Печь), камеры сгорания (См. Камера сгорания). В топках и печах топливо сжигается при давлении, близком к атмосферному, а в качестве окислителя обычно используется воздух. В камерах сгорания давление может быть выше атмосферного, а окислителем может служить воздух с повышенным содержанием кислорода (обогащенный воздух), кислород и т. д.

Теоретически для сгорания топлива необходимо стехиометрическое количество кислорода. Например, при горении метана CH₄ осуществляется след. реакция: CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O. Из этого уравнения следует, что на 1 кмоль (16 кг) CH₄ требуется 2 кмоля (64 кг) O₂, то есть на 1 кг CH₄ — 4кг O₂. На практике для полного сгорания нужно несколько большее количество окислителя. Отношение действительного количества окислителя (воздуха), использованного для горения, к теоретически необходимому называется коэффициентом избытка окислителя (воздуха) α. При сгорании топлива его химическая энергия переходит во внутреннюю энергию продуктов сгорания, в результате чего эти продукты нагреваются. Температура, которую приобрели бы продукты сгорания, если бы не отдавали теплоту во вне (Адиабатный процесс), называется теоретической температурой горения. Эта температура зависит от вида топлива и окислителя, их начальной температуры и от коэффициента избытка окислителя. Для большинства природных топлив (окислитель — воздух) теоретическая температура горения составляет 1500—2000 °С; её повышает предварительный подогрев топлива и окислителя. Максимальная теоретическая температура горения наблюдается при коэффициенте избытка окислителя α—0,98.

В топках происходит отвод теплоты от горящего топлива, поэтому температура продуктов сгорания оказывается ниже теоретической температуры.

Уголь обычно сжигают в топках. При относительно малых количествах необходимого топлива используют слоевые топки (См. Слоевая топка), где уголь в виде кусков сжигают на колосниковой решётке, сквозь которую продувается воздух. Для сжигания значит. количеств угля (нескольких сот т в час) применяют камерные топки (См. Камерная топка). В них уголь, предварительно превращенный в порошок с размером частиц 50—300

мкм, подаётся в смеси с воздухом через пылеугольные горелки. Мазутные топки (См. Мазутная топка) и газовые топки (См. Газовая топка) аналогичны пылеугольным и отличаются конструкцией горелок или форсунок.

Наряду с органическим топливом с середины 20 в. для получения теплоты применяется Ядерное топливо, или ядерное горючее. Основным видом ядерного горючего является изотоп урана ²³⁵U, содержание которого в естественном уране около 0,7%. При делении 1 кг ²³⁵U выделяется около 84․10⁹кдж (20․10⁹ккал) в основном в виде кинетической энергии осколков деления ядер и нейтронов. В ядерном реакторе (См. Ядерный реактор) эта энергия превращается в теплоту, отбираемую теплоносителем. В подавляющем большинстве реакторов (70-е гг. 20 в.) цепная ядерная реакция поддерживается за счёт тепловых нейтронов. Получают распространение реакторы на быстрых нейтронах, или реакторы-размножители (См. Реактор-размножитель)

, в которых в качестве ядерного топлива может использоваться ²³⁸U и торий ²³²Th, которые, кроме теплоты, производят ещё и новое ядерное горючее ²³⁹Pu и ²³³U. Теплоносителями в реакторах на тепловых нейтронах обычно служат вода, тяжёлая вода, углекислота; в реакторах на быстрых нейтронах — жидкий натрий, инертные газы и т. д. Кроме органического и ядерного топлива, некоторое практическое значение в качестве источника теплоты имеют геотермическая и солнечная энергия. Геотермическая энергия проявляется в существовании горячих подземных вод, часто выходящих на поверхность в районах с повышенной вулканической активностью, и в общем повышении температуры земных недр с глубиной. Это возрастание температуры характеризуется геотермическим градиентом (См. Геотермический градиент), численно равным повышению температуры в градусах на 100 м глубины; в среднем для доступных непосредственному измерению глубин он равен 0,03 °С

/м. Если теплота горячих источников уже утилизируется, например в СССР построена (1966) Паужетская Геотермическая электростанция мощностью 5 Мвт, то возможность использования теплоты земных недр (1975) пока только издается.

Мощный источник теплоты — Солнце, посылающее на Землю поток энергии мощностью в 1,8․10¹⁷вт. Однако плотность солнечной энергии на поверхности Земли мала и составляет около 1 квт/м². Ещё не разработаны приемлемые с технико-экономической точки зрения схемы и установки для улавливания солнечного излучения в значительных масштабах. Однако в ряде районов солнечная энергия применяется для опреснения воды, нагревания воды для с.-х. (парники, теплицы) и бытовых нужд, а в ряде случаев — для производства электроэнергии.

Важное значение с точки зрения экономии природного топлива придаётся использованию вторичных тепловых ресурсов, например нагретых отходящих газов металлургических печей или двигателей внутреннего сгорания, теплота которых обычно утилизируется в котлах-утилизаторах (См. Котёл-утилизатор)

.

Использование теплоты. Генерированная различными способами теплота может либо непосредственно потребляться каким-либо технологическим процессом (теплоиспользование), либо перерабатываться в др. виды энергии (Теплоэнергетика). Цели и методы отрасли Т. — теплоиспользования — многообразны. Широко применяется нагрев в металлургии. Например, чугун из железной руды получают в доменной печи, в которой восстановление окиси железа углеродом происходит при температурах около 1500 °С; теплота выделяется при горении кокса. Сталь из чугуна вырабатывается в мартеновских печах (См. Мартеновская печь) при температуре около 1600 °С, которая поддерживается в основном в результате сжигания жидкого или газообразного органического топлива. При получении стали в Конвертере в чугун вдувают кислород; необходимая температура создаётся в результате окисления углерода, содержащегося в чугуне. В литейном производстве теплота, необходимая для поддержания требуемой температуры в печи, генерируется либо в результате сжигания в печи топлива (чаще всего газа или мазута), либо за счёт электроэнергии.

Нагрев до той или иной температуры характерен для большинства процессов химической технологии, пищевой промышленности и пр. Подвод или отвод теплоты осуществляется в Теплообменниках, Автоклавах, сушильных установках, выпарных устройствах, дистилляторах, ректификационных колоннах, реакторах и т. п. с помощью теплоносителей. При этом, если в аппарате требуется поддерживать достаточно высокую температуру, теплоносителем могут быть непосредственно продукты сгорания органического топлива. Однако в большинстве случаев применяются промежуточные теплоносители, которые отбирают теплоту от продуктов сгорания топлива и передают её веществу, участвующему в технологическом процессе, либо отбирают теплоту от этого вещества и передают её в др. часть установки или в окружающую среду. Наиболее часто применяются следующие теплоносители: вода и водяной пар, некоторые органические вещества, например даутерм (см. Дифенил)

, Кремнийорганические соединения, минеральные масла, расплавленные соли, жидкие металлы, воздух и др. газы.

Конструктивные схемы теплообменников весьма разнообразны и зависят от их назначения, уровня температур и типа теплоносителя. По принципу действия различают рекуперативные теплообменники, в которых теплота от одного вещества (теплоносителя) к другому передаётся через твёрдую, обычно металлическую, стенку; регенеративные теплообменники, в которых теплота воспринимается и отдаётся специальной насадкой, поочерёдно омываемой нагревающим и нагреваемым телами; смесительные теплообменники, в которых передача теплоты осуществляется при соприкосновении веществ. Наиболее распространены трубчатые рекуперативные теплообменники, где один из теплоносителей протекает внутри труб, а другой — в межтрубном пространстве. Основные характеристики рекуперативных теплообменников: размер поверхности теплообмена и коэффициент теплопередачи, представляющий собой количество теплоты, передаваемой через 1

м² поверхности теплообмена при разности температур между теплоносителями в 1 °С. Этот коэффициент для данного теплообменника зависит от типа теплоносителей, их параметров и скоростей движения.

Значительная доля получаемой теплоты в холодное время года идёт на бытовое потребление, то есть компенсацию потерь теплоты через стены зданий, потерь, связанных с вентиляцией помещений и прочее. В большинстве городов СССР используется Отопление от ТЭЦ и от центральных котельных. В этом случае на ТЭЦ или в котельной устанавливаются бойлеры, в которых подогревается сетевая вода, направляемая в дома для отопления. В качестве отопительных приборов (См. Отопительные приборы) применяются либо металлические оребрённые теплообменники (Радиаторы), устанавливаемые непосредственно в помещении, либо трубчатые нагреватели, вмонтированные в стеновые панели.

В отдельных зданиях используется индивидуальное отопление. В этом случае в подвальном помещении здания размещается Водогрейный котёл, и нагретая в нём вода в результате естественной циркуляции протекает через отопительные приборы. В сельской местности в жилых домах используется печное отопление. В районах с дешёвой электроэнергией иногда применяют Электрическое отопление с помощью электрических Калориферов, электрокаминов и др. С теоретической точки зрения непосредственное отопление с помощью электроэнергии нецелесообразно, так как, например, с помощью теплового насоса (См. Тепловой насос) можно получить для целей отопления больше теплоты, чем затрачено электроэнергии. При этом на отопление пойдёт как количество теплоты, которое эквивалентно затраченной электроэнергии, так и некоторое количество теплоты, которое будет отобрано от окружающей среды и «поднято» на более высокий температурный уровень. Однако тепловые насосы не получили распространения в связи с их высокой стоимостью.

Для получения механической работы за счёт теплоты применяют тепловые двигатели (См. Тепловой двигатель) — основные энергетические агрегаты заводских, транспортных и пр. теплосиловых установок; в электрическую энергию теплота преобразуется в магнитогидродинамических генераторах (См. Магнитогидродинамический генератор) и термоэлектрических генераторах (См. Термоэлектрический генератор) и т. д. В середине 70-х гг. 20 в. в мире на производство электроэнергии расходуется около 30% всей получаемой теплоты.

Теоретические основы теплотехники. Процессы генерации и использования теплоты базируются на теоретических основах Т. — технической термодинамике (См. Термодинамика) и теплопередаче (См. Теплопередача).

В термодинамике рассматриваются свойства макроскопических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и процессы перехода между этими состояниями. Равновесное состояние полностью характеризуется небольшим числом физических параметров. Например, состояние однородных жидкости или газа определяется заданием двух из трёх величин: температуры, объёма, давления (см. Клапейрона уравнение, Ван-дер-Ваальса уравнение). Энергетическая эквивалентность теплоты и работы устанавливается первым началом термодинамики (См. Первое начало термодинамики). Второе начало термодинамики определяет необратимость макроскопических процессов, протекающих с конечной скоростью, и лимитирует максимальное значение кпд при преобразовании теплоты в работу.

Теплопередача изучает теплообмен (процессы переноса теплоты) между теплоносителями через разделяющие их пространство или твёрдую стенку, через поверхность раздела между ними. В теплотехнических устройствах теплота может передаваться лучистым теплообменом (См. Лучистый теплообмен), конвекцией (См. Конвекция), Теплопроводностью.

Лучистый теплообмен (теплообмен излучением) характерен для топок и камер сгорания, а также для некоторых печей. Общая энергия, излучаемая каким-либо телом, пропорциональна температуре тела в четвёртой степени (см. Стефана — Больцмана закон излучения). При данной температуре наибольшее количество энергии отдаёт Абсолютно чёрное тело. Реальные тела характеризуются излучательной способностью (интегральной или спектральной), показывающей, какую долю от энергии абсолютно чёрного тела излучает данное тело (во всём диапазоне волн или в узкой полосе, соответствующей определённой длине волны) при той же температуре. Интегральная излучательная способность твёрдых тел обычно лежит в пределах от 0,3 до 0,9. Газы при нормальных температурах имеют очень малую излучательную способность, возрастающую с увеличением толщины излучающего слоя.

Теплообмен конвекцией осуществляется в жидкостях, газах или сыпучих средах потоками вещества. С помощью конвекции ведётся нагревание или охлаждение жидкостей или газов в различных теплотехнических устройствах, например, в воздухонагревателях и экономайзерах котлоагрегатов. Теплообмен конвекцией наиболее характерен для случая омывания твёрдой стенки турбулентным потоком жидкости или газа. При этом теплота к стенке или от неё переносится за счёт турбулентного перемешивания потока (см. Турбулентное течение). Интенсивность этого процесса характеризуется коэффициентом теплоотдачи. См. также Конвективный теплообмен.

Теплообмен теплопроводностью характерен для твёрдых тел и для ламинарных потоков жидкости и газа (см. Ламинарное течение), омывающих твёрдую стенку. Теплота при этом переносится в результате микроскопического процесса обмена энергией между молекулами или атомами тела. На практике процесс переноса теплоты часто обусловливается совместным действием перечисленных видов теплообмена.

Лит.: Мелентьев Л. А., Стырикович М. А., Штейнгауз Е. О., Топливно-энергетический баланс СССР, М.—Л., 1962; Общая теплотехника, М.— Л., 1963; Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С., Теплопередача, 3 изд., М., 1975; Хазен М. М., Казакевич Ф. П., Грицевский М. Е., Общая теплотехника, М., 1966; Кириллин В. А., Сычев В. В., Шейндлин А. Е., Техническая термодинамика, 2 изд., М., 1974; Стырикович М. А., Мартынова О. И., Миропольский З. Л., Процессы генерации пара на электростанциях, М., 1969.

В. А. Кириллин, Э. Э. Шпильрайн.

Источник: Большая советская энциклопедия на Gufo.me

gufo.me

Лекция 1 (тт) теплотехника

1. Основные понятия и определения

1.1. Введение

Теплотехника – наука, которая изучает:

– методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты;

– принципы действия и конструктивные особенности тепловых машин, аппаратов и устройств.

Различают энергетическое и технологическое использование теплоты.

При энергетическом использовании теплота преобразуется в механическую работу, с помощью которой в электрических машинах – генераторах – создается электрическая энергия. Теплоту при этом получают на котельных установках или непосредственно в двигателях внутреннего сгорания.

При технологическом использовании с помощью теплоты изменяют свойства тел (расплавление, затвердевание, изменение структуры и свойств).

Теоретическая основа теплотехники – термодинамика (ТД) – рассматривает закономерности взаимного превращения теплоты и работы. ТД устанавливает взаимосвязь между тепловыми, механическими и химическими процессами, которые совершаются в тепловых и холодильных машинах, изучает процессы, происходящие в газах и парах, а также свойства этих тел при различных физических условиях.

Термодинамика опирается на два основных закона (начала) термодинамики.

Техническая ТД, применяя основные законы к процессам превращения теплоты в механическую работу и обратно, дает возможность разрабатывать теорию тепловых двигателей и исследовать протекающие в них процессы.

Один из теоретических разделов теплотехники – технические основы теории теплообмена. В этом разделе исследуются законы превращения и свойства тепловой энергии и процессы распространения теплоты.

1.2. Термодинамическая система

Объект исследования ТД – термодинамическая система, которой могут быть группа тел, тело или часть тела. Находящееся вне системы называется её окружающей средой.

ТД система – это совокупность макроскопических тел, способных обмениваться энергией и веществом друг с другом и окружающей средой. Например, ТД система – это газ, находящийся в цилиндре с поршнем, а окружающая среда – цилиндр, поршень, воздух, стены помещения.

Закрытая система – ТД система, которая может обмениваться с окружающей средой энергией, но не веществом, в отличие от открытой системы, которая обменивается с другими телами и энергией и веществом.

Изолированная система – система, не взаимодействующая с окружающей средой(не обменивающаяся с окружающей средой ничем).

Адиабатная (теплоизолированная) система – система с адиабатной оболочкой, исключающей теплообмен с окружающей средой.

Однородная система – система, имеющая во всех своих частях одинаковый состав и физические свойства.

Гомогенная система – однородная по составу и физическому строению система, внутри которой нет поверхностей раздела (лед, вода, газы).

Гетерогенная система – система, состоящая из нескольких гомогенных частей (фаз) с различными физическими свойствами, отделенных одна от другой видимыми поверхностями раздела (лед и вода, вода и пар).

В тепловых машинах (двигателях) механическая работа совершается с помощью рабочих тел – газа, пара.

studfiles.net

Теплотехника

1. Предмет и методы термодинамики. Основные понятия и определения термодинамики.

Термодинамика — раздел, изучающий соотношения и превращения теплоты и других форм энергии. Термодинамика — это феноменологическая наука, опирающаяся на обобщения опытных фактов. Она изучает макроскопические системы, состоящие из огромного числа частиц —термодинамические системы. Процессы, происходящие в таких системах, описываются макроскопическими величинами, такими как давление или температура, которые не применимы к отдельным молекулам и атомам.

Термодинамические системы

В термодинамике изучаются физические системы, состоящие из большого числа частиц и находящиеся в состоянии термодинамического равновесия или близком к нему. Такие системы называются термодинамическими системами.

Термодинамическое равновесие

 Утверждается, что любая замкнутая термодинамическая система, для которой внешние условия остаются неизменными, с течением времени переходит в равновесное состояние, в котором прекращаются все макроскопические процессы.

Термодинамические параметры

Термодинамика не рассматривает особенности строения тел на молекулярном уровне. Равновесные состояния термодинамических систем могут быть описаны с помощью небольшого числа макроскопических параметров, таких как температура, давление, плотность, концентрации компонентов и т. д., которые могут быть измерены макроскопическими приборами. Описанное таким образом состояние называется макроскопическим состоянием, и законы термодинамики позволяют установить связь между макроскопическими параметрами.

Термодинамические процессы

При изменении внешних параметров или при передаче энергии в систему в ней могут возникать сложные процессы на макроскопическом и молекулярном уровне, в результате которых система переходит в другое состояние.

Нулевое начало термодинамики

названо так потому, что оно было сформулировано уже после того, как первое и второе начало вошли в число устоявшихся научных понятий. Оно утверждает, что изолированная термодинамическая система с течением времени самопроизвольно переходит в состояние термодинамического равновесия и остаётся в нём сколь угодно долго, если внешние условия сохраняются неизменными.

Первое начало термодинамики

Выражает универсальный закон сохранения энергии применительно к задачам термодинамики и исключает возможность создания вечного двигателя первого рода, то есть устройства, способного совершать работу без соответствующих затрат энергии.

Внутреннюю энергию U термодинамической системы можно изменить двумя способами, совершая над ней работу или посредством теплообмена с окружающей средой. Первое начало термодинамики утверждает, что теплота, полученная системой, идёт на увеличение внутренней энергии системы и на совершение этой системой работы, что можно записать как δQ = δA + dU. Здесь dU — полный дифференциал внутренней энергии системы, δQ — элементарное количество теплоты, переданное системе, аδA — бесконечно малая или элементарная работа, совершённая системой.

Второе начало термодинамики

Второе начало термодинамики задаёт ограничения на направление процессов, которые могут происходить в изолированной системе, и исключает возможность создания вечного двигателя второго рода.

Постулат Кельвина: «Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счёт охлаждения теплового резервуара». Такой круговой процесс называется процессом Томсона-Планка, и постулируется, что такой процесс невозможен.

Постулат Клаузиуса: «Теплота не может самопроизвольно переходить от тела менее нагретого к телу более нагретому»

 функция термодинамического состояния S=S(T,x,N), называется энтропией

2. Параметры и состояние системы.

Все макроскопические признаки, характеризующие систему и ее

отношение к окружающей среде, называются макроскопическими

параметрами или параметрами системы. Термодинамические параметры

– физические величины, характеризующие состояние термодинамической

системы (температура, объем, плотность, давление, масса, намагниченность,

электрическая поляризация, теплоемкость при постоянном объеме и другие),

т.е. любые признаки, имеющие количественную меру и относящиеся к

системе в целом или к ее макроскопическим частям (кроме характеристик

потоков энергии и массы, в размерность которых входит время). Свойства,

заимствованные термодинамикой у физики, химии, техники

рассматриваются в зависимости от типичной термодинамической

характеристики – температуры.

Величины, количественно выражающие термодинамические

параметры (свойства), называют также термодинамическими переменными.

Поскольку все они взаимосвязаны, их разделяют на независимые переменные

и функции, что эквивалентно делению математических величин на аргументы

и функции. Параметры, поддающиеся прямому измерению, считаются

основными (температура, давление, плотность, объем, концентрация).

Внутренняя энергия, энтропия, энтальпия и другие аналогичные параметры

считаются функциями основных параметров. Так как параметры

взаимосвязаны, то для характеристики состояния системы достаточно

задать только определенное число переменных. Эти переменные называют

независимыми, остальные рассматриваются как функции независимых

переменных. Таким образом, одна и та же характеристика в зависимости

от контекста может называться термодинамической величиной,

переменной, параметром, функцией или просто свойством.

Параметры разделяют на внешние и внутренние.

Внешние параметры – это величины, определяемые положением не входящих в систему тел – (объем, магнитная индукция, напряженность электрического поля)

Внешние параметры являются функциями координат внешних тел.

Внутренние параметры – это величины, определяемые совокупным

движением и распределением в пространстве входящих в систему частиц

(температура, давление, внутренняя энергия, плотность, поляризованность,

намагниченность)

Равновесные и неравновесные состояния:

Термодинамически равновесное состояние тела или системы это такое состояние теплового и механического равновесия элементов тела или системы, которое без внешнего воздействия может сохраняться сколь угодно долго.

Равновесная система это система тел, находящихся в термодинамическом равновесии, в противном случае она будет называться неравновесной системой. Так, без учета гравитационных сил, равновесное состояние тела или системы есть такое их состояние, при котором по всему их объему давления и температуры имеют одинаковые значения. Равенство только давления во всех точках обусловливает механическое равновесие, равенство температур – термическое равновесие.

3. Тепловой процесс и его свойства

Тепловой процесс (термодинамический процесс) — изменение макроскопического состояния термодинамической системы.

Система, в которой идёт тепловой процесс, называется рабочим телом.

Тепловые процессы можно разделить на равновесные и неравновесные.

Прямой и обратимый процессы:

Обратимый – процесс, при котором система проходит все те же состояния что и в прямом направлении, но в обратном порядке, при этом остаточных изменений в окружающей среде не наблюдается.

Круговые процессы– при которых система из начального состояния проходит ряд последовательных состояний и в него же возвращается.

4. Внутренняя энергия термодинамической системы.

Внутренняя энергия термодинамической системы (обозначается как E или U) — это сумма энергий теплового движения молекул и межмолекулярных взаимодействий.

Изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе, то есть, оно зависит только от начального и конечного состояния системы.

5. Теплота и работа термодинамического процесса. Физическая сущность, выражение теплоты и работы через параметры состояния системы. Графическое определение теплоты и работы по диаграммам в координатах P–V и T-S.

Энергия, которую получает или теряет тело в процессе теплообмена с окружающей средой, называется количеством теплоты или просто теплотой.

Термодинамическая работа — способ передачи энергии, связанный с изменением внешних параметров системы. Определяется, как:

Теплота и работа определяются для разных видов процессов по первому закону термодинамики

Q = Δu + l

Для изохорного:

Q=Cv ΔT

Cv – изохорная теплоемкость

L=0

Δu=Cv ΔТ

Для изобарного:

Q=Cp ΔТ = Δi

i – Энтальпия

L=p ΔV

Δu=qV

Для изотермического:

Δu=Cv ΔТ

Q=L

L=RTln(p1/p2)

Для адиабатного

Q=0

L=- Δu

Δu=Cv ΔТ

6. Идеальный газ- газ, молекулы которого представляют собой материальную точку ,а силы взаимодействия между молекулами отсутствуют.

Основные законы идеального газа

1)Бойль-Мариотта

Т=const p1v1=p2v2 pv=const

2)Гей-Люсака

P=const T1/v1=T2/v2 T/v=const

3)Шарль

V=const p1/T1=p2/T2 p/T=const

4)Клапейрон

P1v1/T1=p2v2/T2 pv/T=const

Pv/T=R

R-газовая постоянная

Ro-универсальная газовая постоянная =8,314 Дж/моль К

PV=RT – уравнение состояния идеального газа,уравнение Клапейрона

PV=(m/(мю)) Ro T – основное уравнение состояния идеального газа , уравнение Менделеева- Клапейрона.

7 вопрос

Теплоемкость тела — это физическая  величина, определяемая отношением количества теплоты, поглощенной телом при нагревании, к изменению его температуры:  

Физический смысл  теплоемкости тела:  теплоемкость тела  равна количеству теплоты, поглощенному телом при нагревании или  выделенному при его охлаждении  на 1К.

Так как теплоемкости переменные величины, то различают среднюю и истинную теплоемкости.  Под средней теплоемкостью понимают отношение количества теплоты q, подведенной к единице количества вещества (газа), к изменению его температуры от t1 до t2при условии, что разность температур t2 – t1 является величиной конечной.  Средние массовая, объемная и мольная теплоемкости соответственно обозначаются через cm, cm’ и m. Из определения средней теплоемкости следует, что если температура газа повышается от t1 до t2 то его средняя теплоемкость [кДж/(кг*К)]

Под истинной теплоемкостью понимают теплоемкость газа, соответствующую бесконечно малому изменению температуры газа, соответствующую бесконечно малому изменению температуры dt, т. е.

c = dq/dt,

откуда dq = cdt.

Удельная   теплоемкость  —  это   способность  разных   веществ к поглощению теплоты при их нагревании. Удельная  теплоемкость вещества  определяется  отношением количества теплоты, полученной им при нагревании, к массе вещества и изменению его температуры, если :

8 вопрос

соотношение, выражающее связь между молярными теплоемкостями Cp и CV, имеет вид (формула Майера) :  Cp = CV + R. ИЛИ БОЛЕЕРАЗВЕРНУТО Теплоёмкость идеального газа Если в результате теплообмена телу передается некоторое количество теплоты, то внутренняя энергия тела и его температура изменяются. Количество теплоты Q, необходимое для нагревания 1 кг вещества на 1 К называют удельной теплоемкостью вещества c.  c = Q / (mΔT).  Во многих случаях удобно использовать молярную теплоемкость C:  C = M · c,  где M – молярная масса вещества. Определенная таким образом теплоемкость не является однозначной характеристикой вещества. Согласно первому закону термодинамики изменение внутренней энергии тела зависит не только от полученного количества теплоты, но и от работы, совершенной телом. В зависимости от условий, при которых осуществлялся процесс теплопередачи, тело могло совершать различную работу. Поэтому одинаковое количество теплоты, переданное телу, могло вызвать различные изменения его внутренней энергии и, следовательно, температуры. Такая неоднозначность определения теплоемкости характерна только для газообразного вещества. При нагревании жидких и твердых тел их объем практически не изменяется, и работа расширения оказывается равной нулю. Поэтому все количество теплоты, полученное телом, идет на изменение его внутренней энергии. В отличие от жидкостей и твердых тел, газ в процессе теплопередачи может сильно изменять свой объем и совершать работу. Поэтому теплоемкость газообразного вещества зависит от характера термодинамического процесса. Обычно рассматриваются два значения теплоемкости газов: CV – молярная теплоемкость в изохорном процессе (V = const) и Cp – молярная теплоемкость в изобарном процессе (p = const). В процессе при постоянном объеме газ работы не совершает: A = 0. Из первого закона термодинамики для 1 моля газа следует  QV = CVΔT = ΔU.  Изменение ΔU внутренней энергии газа прямо пропорционально изменению ΔT его температуры. Для процесса при постоянном давлении первый закон термодинамики дает:  Qp = ΔU + p(V2 – V1) = CVΔT + pΔV,  где ΔV – изменение объема 1 моля идеального газа при изменении его температуры на ΔT. Отсюда следует:  Отношение ΔV / ΔT может быть найдено из уравнения состояния идеального газа, записанного для 1 моля:  pV = RT,  где R – универсальная газовая постоянная. При p = const Таким образом, соотношение, выражающее связь между молярными теплоемкостями Cp и CV, имеет вид (формула Майера) :  Cp = CV + R.

Газовая постоянная численно равна работе расширения 1 моля идеального газа под постоянным давлением при нагревании на 1 K.  R = pV/T = 1.01•10⁵•22.4•10-3/273[Па•м³/моль]/K =8.31(44) Dж/(моль•K) 

Универсальная газовая постоянная — универсальная, фундаментальная физическая константа R, равная произведению постоянной Больцмана k на постоянную Авогадро

  

Физический смысл: Газовая постоянная численно равна работе расширения одного моля идеального газа в изобарном процессе при увеличении температуры на 1 К

В системе СГС Газовая постоянная равна :

Удельная Газовая постоянная равна :

Показатель адиабаты (иногда называемый коэффициентом Пуассона) — отношение теплоёмкости при постоянном давлении () к теплоёмкости при постоянном объёме (). Иногда его ещё называют фактором изоэнтропийного расширения. Обозначается греческой буквой (гамма) или (каппа). Буквенный символ в основном используется в химических инженерных дисциплинах. В теплотехнике используется латинскаябуква ^[1].

9 вопрос

Смесью газов называется совокупность нескольких разнородных газов, которые при рассматриваемых условиях не вступают друг с другом в химические реакции.

Смесь газов – гомогенная термодинамическая система (внутри которой нет поверхностей раздела, отделяющих друг от друга макроскопические части системы, различающиеся по своим свойствам и составу).

Парциальным давлением P_i i-го газа в смеси называется давление, под которым находился бы этот газ, если бы из смеси были удалены все остальные газы, а V и T остались прежними.

Закон Дальтона — Давление смеси газов, не взаимодействующих друг с другом химически, равно сумме парциальных давлений этих газов.

  

Для того чтоб понять, что представляет из себя закон Дальтона , рассмотрим для этого воздух в комнате. Он представляет собой смесь нескольких газов: азота (80%), кислорода (20%). Парциальное давление каждого из этих газов — это давление, которое имел бы газ, если бы он один занимал весь объем. К примеру, если бы все газы, кроме азота, удалили из комнаты, то давление того, что осталось, и было бы парциальным давлением азота. Закон Дальтона утверждает, что общее давление всех газов вместе взятых равно сумме парциальных давлений каждого газа в отдельнсти. (Строго говоря, закон применим только к идеальным газам, но с достаточно хорошим приближением он описывает также и реальные газы.)

10 вопрос

Первый закон термодинамики является обобщением закона сохранения и превращения энергии для термодинамической системы. Он формулируется следующим образом:

Изменение ΔU внутренней энергии неизолированной термодинамической системы равно разности между количеством теплоты Q, переданной системе, и работой A, совершенной системой над внешними телами.

Соотношение, выражающее первый закон термодинамики, часто записывают в другой форме: 

Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение работы над внешними телами.

Первый закон термодинамики является обобщением опытных фактов. Согласно этому закону, энергия не может быть создана или уничтожена; она передается от одной системы к другой и превращается из одной формы в другую. Важным следствием первого закона термодинамики является утверждение о невозможности создания машины, способной совершать полезную работу без потребления энергии извне и без каких-либо изменений внутри самой машины. Такая гипотетическая машина получила названиевечного двигателя (perpetuum mobile) первого рода. Многочисленные попытки создать такую машину неизменно заканчивались провалом. Любая машина может совершать положительную работу A над внешними телами только за счет получения некоторого количества теплоты Q от окружающих тел или уменьшения ΔU своей внутренней энергии.

Применим первый закон термодинамики к изопроцессам в газах.

1. В изохорном процессе (V = const) газ работы не совершает, A = 0. Следовательно, 

   Q = ΔU = U (T2) – U (T1).

2. Здесь U (T₁) и U (T₂) – внутренние энергии газа в начальном и конечном состояниях. Внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры (закон Джоуля). При изохорном нагревании тепло поглощается газом (Q > 0), и его внутренняя энергия увеличивается. При охлаждении тепло отдается внешним телам (Q < 0).

3. В изобарном процессе (p = const) работа, совершаемая газом, выражается соотношением 

   A = p (V2 – V1) = p ΔV.

4. Первый закон термодинамики для изобарного процесса дает: 

   Q = U (T2) – U (T1) + p (V2 – V1) = ΔU + p ΔV.

5. При изобарном расширении Q > 0 – тепло поглощается газом, и газ совершает положительную работу. При изобарном сжатии Q < 0 – тепло отдается внешним телам. В этом случае A < 0. Температура газа при изобарном сжатии уменьшается, T₂ < T₁; внутренняя энергия убывает, ΔU < 0.

6. В изотермическом процессе температура газа не изменяется, следовательно, не изменяется и внутренняя энергия газа, ΔU = 0.

Первый закон термодинамики для изотермического процесса выражается соотношением 

Количество теплоты Q, полученной газом в процессе изотермического расширения, превращается в работу над внешними телами. При изотермическом сжатии работа внешних сил, произведенная над газом, превращается в тепло, которое передается окружающим телам.

Наряду с изохорным, изобарным и изотермическим процессами в термодинамике часто рассматриваются процессы, протекающие в отсутствие теплообмена с окружающими телами. Сосуды с теплонепроницаемыми стенками называются адиабатическими оболочками, а процессы расширения или сжатия газа в таких сосудах называются адиабатическими.

В адиабатическом процессе Q = 0; поэтому первый закон термодинамики принимает вид 

По своему физическому смыслу первое начало термодинамики представляет собой закон сохранения (изменения) энергии в термодинамике. Если, согласно закону изменения энергии в механике, работа неконсервативных сил равна приращению механической энергии системы (в частности, имеющая отрицательный знак работа сил трения равна уменьшению механической энергии системы), то согласно первому началу термодинамики, приращение внутренней энергии термодинамической системы равно сумме работы внешних сил, совершенной над системой, и энергии, переданной системе путём теплопередачи. Энтальпия (от греч. enthalpo – нагреваю) — это свойство вещества, указывающее количество энергии, которую можно преобразовать в теплоту. Энтальпия — это термодинамическое свойство вещества, которое указывает уровень энергии, сохраненной в его молекулярной структуре. Это значит, что, хотя вещество может обладать энергией на основании температуры и давления, не всю ее можно преобразовать в теплоту. Часть внутренней энергии всегда остается в веществе и поддерживает его молекулярную структуру. Часть кинетической энергии вещества недоступна, когда его температура приближается к температуре окружающей среды. Следовательно, энтальпия — это количество энергии, которая доступна для преобразования в теплоту при определенной температуре и давлении. Единицы энтальпии — британская тепловая единица или Джоуль для энергии и Btu/lbm или Дж/кг для удельной энергии. 11 вопрос

13)Анализ изобарного термодинамического процесса.

Q=Cp (Т2-Т1)

Cp-изобарная теплоемкость

Ср=Cv+R – уравнение Майера

R- газовая постоянная- работа одного кг идеального газа в изобарном процессе при изменении температуры на 1 градус

Ro – универсальная газовая постоянная – работа одного моля идеального газа в изобарном процессе при изменении температуры на 1 градус

Δu=Cv (Т2-Т1)=qv

Q=i

i-энтальпия (функция состояния) Дж/кг Дж/моль

i=u+pv

L=p(v2-v1)

Δs=Cp ln(T2/T1)

изобара

14)Анализ Адиабатического процесса

Q=0

L=-Δu

P1V1^k=P2V2^k

PV^k=const

K=Cp/Cv К-показатель адиабаты

Q=Cад.(дельта)Т Cад.=0

Δu=Cv (T2-T1)

L=(R/(k-1))*(T1-T2)

Δs=0

15)Анализ политропного процесса

Обобщающий термодинамический процесс

P1V1ⁿ=P2V2ⁿ

PVⁿ=const n=(Cn-Cp)/(Cn-Cv) n-показатель политропы

Q=Cn ΔТ

L=(R/(n-1))*(T1-T2)

Δu=Cv(T2-T1)

Δs=Cv*((n-k)/(n-1))ln(T2/T1)

16)Второй закон термодинамики

А)Теплота самопроизвольно передается только в одном направлении: из области с большей температурой(теплоотдатчик) в область с меньшей температурой(теплоприемник). Чтобы передать теплоту в обратном направлении нужно приложить энергию(совершить работу)

Б)Невозможно в тепловом двигателе превратить всю теплоту в работу, так как часть ее должна быть отдана теплоприемнику.Таким образом термический КПД любого цикла не может быть равен единице

Qподведенная=Lполная+Qотведенная

КПД=Lполная/Qподведенная=(q подведенная-Iq отведеннаяI)/q подведенная

КПД=1-(q2/q1)

Энтропия- функция состояния термодинамической системы, т.е. непрерывная функция двух аргументов

S, s Дж/(кг К)

dS>=0 только для изолированной системы

мера упорядоченности системы (беспорядка)

dS=dQ/T

dQ=TdS

TdS=Cv(дельта)T+R(дельта)Т

Обратимый цикл Карно в тепловой машине, работающей по принципу Карно, имеются три тела: холодильник, нагреватель, рабочее тело (газ). Изменение энтропии газа в тепловой машине так как газ возвращается в исходное состояние. Изменение энтропии нагревателя: . Для холодильника: . . .    т.е. S – константа. Таким образом, мы пришли к выражению называемому равенство Клаузиуса. Необратимый цикл Мы знаем, что т.е. Отсюда тогда . Таким образом,   Это выражение называют неравенством Клаузиуса: при любом необратимом процессе в замкнутой системе энтропия возрастает (dS > 0).

studfiles.net

ТЕПЛОТЕХНИКА – это… Что такое ТЕПЛОТЕХНИКА?

теплотехника — теплотехника …   Орфографический словарь-справочник

Теплотехника — Теплотехника  общетехническая дисциплина, изучающая методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а также принцип действия и конструктивные особенности тепло и парогенераторов тепловых машин, агрегатов и устройств.… …   Википедия

ТЕПЛОТЕХНИКА — отрасль науки и техники, охватывающая методы получения и использования тепловой энергии. теплота генерируется в топках котельных установок, печах, камерах сгорания путем сжигания органического топлива; в ядерных реакторах; используется также… …   Большой Энциклопедический словарь

ТЕПЛОТЕХНИКА — ТЕПЛОТЕХНИКА, теплотехники, мн. нет, жен. (тех.). Отдел техники, занимающийся вопросами рационального использования топлива и пара. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 …   Толковый словарь Ушакова

ТЕПЛОТЕХНИКА — ТЕПЛОТЕХНИКА, и, жен. Раздел науки и техники, занимающийся получением и использованием тепловой энергии. | прил. теплотехнический, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 …   Толковый словарь Ожегова

теплотехника — сущ., кол во синонимов: 1 • бальнеотеплотехника (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

теплотехника — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN heat technologythermal technology …   Справочник технического переводчика

Теплотехника — (теплофизика) строительная – научная дисциплина, рассматривающая процессы передачи тепла, переноса влаги и проникновения воздуха в здания и их конструкции и разрабатывающая инженерные методы расчёта этих процессов; раздел строительной… …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Теплотехника —         отрасль техники, занимающаяся получением и использованием теплоты в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте и в быту.          Получение теплоты. Основным источником теплоты, используемой человечеством (70 е гг. 20 в.), является …   Большая советская энциклопедия

теплотехника — и; ж. Отрасль техники, занимающаяся вопросами получения и использования тепла в промышленности, сельском хозяйстве, быту. Проблемы, вопросы теплотехники. Перспективы развития теплотехники. // Комплекс учебных дисциплин по изучению методов… …   Энциклопедический словарь

теплотехника — šiluminė technika statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. heat engineering; heat technology vok. Wärmetechnik, f rus. теплотехника, f pranc. technique de chaleur, f …   Automatikos terminų žodynas

dic.academic.ru

ТЕПЛОТЕХНИКА

ТЕПЛОТЕХНИКА

– это одновременно и наука и область деятельности человечества, которая изучает различные методы и способы получения тепловой энергии, её преобразования, а также использования и применение теплоты. Теплоэнергетики осваивают принципы действия, работы и конструктивные особенности тепловых машин, аппаратов, механизмов и устройств, для чего нужен котёл, схема котла, сам котлоагрегат и принцип его действия, а также как устроена турбина, принцип действия турбины и конструктивные особенности турбины.

Кроме того, теплотехника изучает виды теплопередачи и виды теплообмена между теплоносителями, виды теплопередачи в атмосфере, в природе, в технике и в быту, а также виды теплообмена в оборудовании, в котле, в технике, примеры и применение теплопередачи и примеры теплообмена.

Тепло используется и применяется во всех областях деятельности человека. Для установления наиболее рациональных методов использования тепловой энергии, анализа экономичности рабочих процессов тепловых машин и установок, а также создания новых, наиболее совершенных типов тепловых агрегатов и методов получения тепловой энергии необходимо знать теоретические основы теплотехники.

Различают два принципиально разных направления использования и применения теплоты – энергетическое и технологическое.

Энергетическое использовании теплоты это преобразование тепловой энергии в механическую работу, с помощью которой в генераторах вырабатывается электрическая энергия, удобная для бытового и промышленного применения, проста для передачи на расстояние и сегодня мы не можем представить жизнь без электрической энергии. Но, все методы использования, передачи и применения электрической энергии изучает наука под названием ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА. Опять мы слышим такое название как энергетика. Но надо чётко понимать, что энергетика это не обязательно то, что связано с электрической энергией, энергетика это то что связано с энергией. Бывает ТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГИЯ, ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ, АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ и т.д. И все кто как то связан с энергией, могут смело называть себя энергетик.

Тепловую энергию при этом получают сжиганием энергетического топлива в котельных установках и котлоагрегатах или непосредственно в двигателях внутреннего сгорания ДВС.

Технологическом применении теплоты это когда тепловая энергия используется для направленного изменения физических свойств различных тел (расплавления, затвердевания, изменения структуры, механических, физических и химических свойств).

energodoma.ru

ТЕПЛОТЕХНИКА – это… Что такое ТЕПЛОТЕХНИКА?

теплотехника — теплотехника …   Орфографический словарь-справочник

Теплотехника — Теплотехника  общетехническая дисциплина, изучающая методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а также принцип действия и конструктивные особенности тепло и парогенераторов тепловых машин, агрегатов и устройств.… …   Википедия

ТЕПЛОТЕХНИКА — отрасль науки и техники, охватывающая методы получения и использования тепловой энергии. теплота генерируется в топках котельных установок, печах, камерах сгорания путем сжигания органического топлива; в ядерных реакторах; используется также… …   Большой Энциклопедический словарь

ТЕПЛОТЕХНИКА — ТЕПЛОТЕХНИКА, теплотехники, мн. нет, жен. (тех.). Отдел техники, занимающийся вопросами рационального использования топлива и пара. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 …   Толковый словарь Ушакова

теплотехника — сущ., кол во синонимов: 1 • бальнеотеплотехника (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

теплотехника — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN heat technologythermal technology …   Справочник технического переводчика

Теплотехника — (теплофизика) строительная – научная дисциплина, рассматривающая процессы передачи тепла, переноса влаги и проникновения воздуха в здания и их конструкции и разрабатывающая инженерные методы расчёта этих процессов; раздел строительной… …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Теплотехника —         отрасль техники, занимающаяся получением и использованием теплоты в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте и в быту.          Получение теплоты. Основным источником теплоты, используемой человечеством (70 е гг. 20 в.), является …   Большая советская энциклопедия

теплотехника — и; ж. Отрасль техники, занимающаяся вопросами получения и использования тепла в промышленности, сельском хозяйстве, быту. Проблемы, вопросы теплотехники. Перспективы развития теплотехники. // Комплекс учебных дисциплин по изучению методов… …   Энциклопедический словарь

теплотехника — šiluminė technika statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. heat engineering; heat technology vok. Wärmetechnik, f rus. теплотехника, f pranc. technique de chaleur, f …   Automatikos terminų žodynas

dic.academic.ru

теплотехника – это… Что такое теплотехника?

Теплотехника — Теплотехника  общетехническая дисциплина, изучающая методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а также принцип действия и конструктивные особенности тепло и парогенераторов тепловых машин, агрегатов и устройств.… …   Википедия

ТЕПЛОТЕХНИКА — отрасль науки и техники, охватывающая методы получения и использования тепловой энергии. теплота генерируется в топках котельных установок, печах, камерах сгорания путем сжигания органического топлива; в ядерных реакторах; используется также… …   Большой Энциклопедический словарь

ТЕПЛОТЕХНИКА — ТЕПЛОТЕХНИКА, теплотехники, мн. нет, жен. (тех.). Отдел техники, занимающийся вопросами рационального использования топлива и пара. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 …   Толковый словарь Ушакова

ТЕПЛОТЕХНИКА — ТЕПЛОТЕХНИКА, и, жен. Раздел науки и техники, занимающийся получением и использованием тепловой энергии. | прил. теплотехнический, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 …   Толковый словарь Ожегова

теплотехника — сущ., кол во синонимов: 1 • бальнеотеплотехника (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

теплотехника — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN heat technologythermal technology …   Справочник технического переводчика

Теплотехника — (теплофизика) строительная – научная дисциплина, рассматривающая процессы передачи тепла, переноса влаги и проникновения воздуха в здания и их конструкции и разрабатывающая инженерные методы расчёта этих процессов; раздел строительной… …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Теплотехника —         отрасль техники, занимающаяся получением и использованием теплоты в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте и в быту.          Получение теплоты. Основным источником теплоты, используемой человечеством (70 е гг. 20 в.), является …   Большая советская энциклопедия

теплотехника — и; ж. Отрасль техники, занимающаяся вопросами получения и использования тепла в промышленности, сельском хозяйстве, быту. Проблемы, вопросы теплотехники. Перспективы развития теплотехники. // Комплекс учебных дисциплин по изучению методов… …   Энциклопедический словарь

теплотехника — šiluminė technika statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. heat engineering; heat technology vok. Wärmetechnik, f rus. теплотехника, f pranc. technique de chaleur, f …   Automatikos terminų žodynas

dic.academic.ru