Термодинамические процессы

Общие методы исследования процессов изменения состояния рабочих тел. Основные термодинамические процессы: изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный. Политропные процессы. Политропные процессы как обобщающие. Изображение процессов в pv- и Тs- диаграммах.

Методические указания

В термодинамике переход рабочего тела из одного равновесного состояния в другое совершается в обратимом термодинамическом процессе. Следует уяснить, что задание начального и конечного состояний рабочего тела означает полное знание всех термодинамических параметров состояния начальной и конечной точек процесса. Основная задача исследования термодинамического процесса - определение теплоты ( ), участвующей в процессе, и работы изменения объема рабочего тела ( ). Такие величины, как измерение внутренней энергии ( ), энтальпии ( ) и энтропии являются, вспомогательными, служащими для решения основной задачи. Общий метод исследования термодинамических процессов является универсальным, не зависящим от природы рабочего тела. Метод базируется на применении уравнения первого закона термодинамики, записанного в двух равнозначных формах:

которое справедливо для любых рабочих тел. Различие в применении общего метода исследования к идеальным газам и водяному пару обусловлено отсутствием для пара такого простого уравнения состояния, как уравнение Клапейрона для идеального газа, и сложной зависимостью теплоемкости пара от температуры и давления. Поэтому решение основной задачи для идеального газа опирается на конечные аналитические зависимости, в то время как для пара применение общего метода требует использования таблиц или is- диаграммы. Например, в случае изотермического процесса изменения состояния 1 кг рабочего тела общими формулами будут:

В случае идеального газа:

Уяснить понятие политропного процесса, под которым понимается любой термодинамический процесс идеального газа с постоянной теплоемкостью или показателем (политропы n)в этом процессе. Умение показать общность политропного процесса, выраженного уравнением pvⁿ =const получая из него уравнение известных основных процессов (изохорного, изобарного, изотермического и адибарного). Разобраться в определении показателя политропы и теплоемкости политропного процесса идеального газа как обобщающих величин, из которых получают частные значения для основных процессов.

Научиться изображать графически в диаграммах pv- и - как основные, так и общие политропные процессы.

Литература:[2], с. 33-35, 80-92, 162-178.

Реальные газы и пары

Свойства реальных газов и паров. Основные отличия реальных газов от идеального газа. Уравнения состояния реальных газов.

Водяной пар. Термодинамические свойства воды и водяного пара. Процесс парообразования. Жидкость в состоянии насыщения, сухой насыщенный пар. Влажный пар. Степень сухости. Перегретый пар. Таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара. Расчет термодинамических процессов воды и водяного пара с использованием таблиц или Ts- и is- диаграмм.

Методические указания

Водяной пар является рабочим телом в современных теплосиловых установках, а также находит широкое применение в различных технологических процессах. Необходимо разобраться в процессе парообразования и уметь изображать этот процесс в pv-и Ts- диаграммах. Параметры водяного пара можно определить по таблицам, а также с помощью is- диаграммы. Наиболее просто и с достаточной для инженеров расчетов точностью параметры влажного, сухого насыщенного и перегретого паров определяется с помощью диаграммы is. Студент должен уяснить принцип работы с диаграммой is и научиться определять по ней параметры пара различного состояния. Любая точка на диаграмме is в области перегретого пара и на кривой сухого насыщенного пара определяет шесть параметров ( , а любая точка в области влажного пара определяет семь параметров, так как к названным выше параметрам добавляется еще степень сухости x<1. Нужно уметь определять все параметры любой точки на is- диаграмме. Для успешного решения различных задач, связанных с водяным паром, необходимо научиться схематично, изображать основные процессы (изобарный, изохорный, изотерический и адиабатный) в pv-,Ts-и is- диаграммах.

Литература: [2], с.33-62; 162-173.

Влажный воздух

Понятие влажного воздуха. Основные величины, характеризующие влажный воздух. Id- диаграмма влажного воздуха. Расчет основных процессов во влажном воздухе (подогрев, сушка).

Методические указания

Усвоить основные определения и понятия, относящиеся к влажному воздуху. Уметь определять газовую постоянную влажного воздуха и его энтальпию. Обязательно приобрести навыки в пользовании Id-диаграммой влажного воздуха.

Литература:[2]. c 210-217.