Введение
Тепловые процессы и теплотехника в отраслях пищевой промышленности. Предмет и содержание курса теплотехники.
Техническая термодинамика
Основные понятия и определения технической термодинамики
Предмет технической термодинамики.
Термодинамическая система. Изолированная и неизолированная система. Адиабатная система. Рабочее тело. Идеальный газ.
Основные термодинамические параметры состояния, их обозначение и единицы измерения. Удельный объем и плотность. Давление, избыточное давление, вакуум. Температура как потенциал тепловой энергии.
Уравнение состояния. Равновесные и неравновесные состояния и их изображение на диаграммах состояния. Уравнение состояния идеального газа. Удельная и универсальная газовая постоянная.
Термодинамический процесс. Равновесные и неравновесные, обратимые и необратимые процессы. Графическое изображение равновесных (обратимых) процессов.
Первый закон термодинамики
Тепловое движение и тепловая энергия. Теплота и работа как способы передачи энергии. Обозначение, размерность, алгебраический знак. Теплота и работа как функции процесса (общие свойства и отличие).
Внутренняя энергия как функция состояния. Обозначение, размерность. Составляющие части внутренней энергии. Внутренняя энергия идеальных га- зов.
Энтальпия как функция состояния. Определение и физический смысл. Обозначение, размерность. Энтальпия идеальных газов.
Работа процесса. Аналитическое выражение работы изменения объема, ее алгебраический знак и изображение на рυ-диаграмме. Располагаемая техническая работа и ее изображение на рυ-диаграмме.
Эквивалентность теплоты и работы. Аналитические выражения первого закона термодинамики через внутреннюю энергию и энтальпию.
Теплоемкость. Энтропия
Понятие о теплоемкости. Теплоемкость как функция процесса. Теплоемкость адиабатного и изотермического процессов. Средняя и истинная теплоемкости. Удельные теплоемкости.
Теплоемкость при постоянном объеме (изохорная) и постоянном давлении (изобарная). Уравнение Майера.
Постоянная теплоемкость идеальных газов по молекулярно-кинетической теории. Мольные теплоемкости идеальных газов в зависимости от их атомности.
Энтропия.Математическое определение энтропии, ее обозначение, размерность, физический смысл. Изменение энтропии в обратимых процессах.
Тепловая Тs-диаграмма. Изображение теплоты на Тs-диаграмме. Алгебраический знак теплоты.
Термодиналшческие процессы изменения состояния идеальных газов
Общие особенности процессов с идеальными газами: изменение внутренней энергии и энтальпии в термодинамических процессах идеальных газов, теплота процесса, изменение энтропии.
Изохорный процесс. Соотношение параметров для идеального газа (закон Шарля). Первый закон термодинамики для процесса. Изображение процесса на рυ-диаграмме. Работа процесса. Физический смысл располагаемой технической работы в изохорном процессе. Изображение процесса на Тs-диаграмме.
Изобарный процесс. Соотношение параметров для идеального газа (закон Гей - Люссака). Первый закон термодинамики для процесса. Изображение на рυ-диаграмме. Работа процесса. Изображение на Тs-диаграмме.
Взаимное расположение изобарного и изохорного процессов при изображении на Тs-диаграмме.
Изотермический процесс. Уравнение процесса и соотношение параметров для идеального газа (закон Бойля - Мариотта). Первый закон термодинамики для процесса с идеальными газами. Изображение на рυ- и Тs-диаграммах. Работа изменения объема, располагаемая работа и теплота процесса для идеальных газов. Изображение процесса на Тs- диаграмме. Изменение энтропии и теплота изотермического процесса.
Адиабатный процесс. Уравнение процесса и соотношение параметров для идеального газа. Изображение на рυ-диаграмме. Первый закон термодинамики для процесса. Работа изменения объема и располагаемая техническая работа в процессе. Изменение энтропии и изображение на Тs- диаграмме.
Взаимное расположение изотермического и адиабатного процессов при изображении на рυ-диаграмме.
Политропный процесс. Уравнение процесса и соотношение параметров для идеального газа. Работа процесса. Теплоемкость и теплота процесса. Основные термодинамические процессы с идеальным газом как случаи политроп- ного процесса.
Второй закон термодинамики
Термодинамические циклы. Прямые и обратные циклы (формальное определение).
Прямой цикл. Исследование прямого цикла на рυ- и Тз- диаграммах на примере идеального цикла Карно и его физические признаки. Результат совершения прямого цикла. Тепловой двигатель. Термический КПД прямого цикла (теплового двигателя). Свойство тепловой энергии. Общие особенности термодинамических циклов. Термодинамическая схема системы, совершающей прямой цикл.
Термический КПД прямого обратимого цикла Карно. Свойства цикла Карно. Условие превращения теплоты в работу. Основной термодинамический путь повышения термического КПД прямых циклов. Значение цикла Карно.
Обратный цикл. Исследование обратного цикла на рυ- и Тs-диаграммах. на примере идеального цикла Карно. Термодинамическая схема системы, совершающей обратный цикл. Результат совершения обратного цикла. Холодильная машина и тепловой насос. Холодильный коэффициент и коэффициент преобразования энергии обратного цикла. Роль окружающей среды в холодильной машине и в тепловом насосе.
Холодильный коэффициент и коэффициент преобразования энергии обратного обратимого цикла Карно. Свойства обратного цикла Карно. Основной термический путь повышения холодильного коэффициента и коэффициента преобразования энергии обратных циклов.
Основные формулировки второго закона термодинамики: постулат Клаузиуса, постулат Томсона. Вечный двигатель второго рода и его свойства.
Изменение энтропии в необратимых процессах и ее приращение. Термическая; и механическая необратимость процессов. Условия обратимости процессов. Аналитическое выражение второго закона термодинамики. Принцип возрастания энтропии для изолированной системы.
Возрастание энтропии и потеря работоспособности системы. Уравнение Гюи -Стадолы.
Понятие об эксергии, Виды эксергии: эксергия рабочего тела (вещества), эксергия потока, эксергия теплоты, эксергия работы. Понятие о химической (нулевой)эксергии.
Вродяной пар
Фазовые переходы и фазовые равновесия. Теплота фазового перехода при постоянном давлении.
Состояние насыщения. Насыщенный и перегретый пар. Влажный пар как двухфазовое состояние. Степень сухости и ее предельные значения. Сухой насыщенный пар.
Процесс парообразования при постоянном давлении. Критическая точка и ее параметры для Н20.
Фазовая рТ-диаграмма. Тройная точка и ее параметры для Н20. Особенности рТ-диаграммы для Н20.
Диаграммы состояния р-υ и Т-s для воды и водяного пара (особенности их построения).
Термодинамические свойства жидкости и пара. Таблицы термодинамических свойств. Энтальпия жидкости. Энтальпия воды в жидком состоянии.
Термодинамические свойства влажного пара: удельный объем, энтальпия, энтропия. Изменение температуры насыщения и теплоты парообразования на линии насыщения (в зависимости от давления).
Диаграмма состояния h-s для воды и водяного пара.
Основные термодинамические процессы изменения состояния жидкости и пара: изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный. Первый закон термодинамики для процессов, работа процессов, изменение внутренней энергии, энтальпии и теплота процессов. Изображение процессов на рυ-, Тs- и hs- диаграммах.
Дросселирование газов и паров. Уравнение процесса и его изображение на рυ-диаграмме. Изменение параметров при дросселировании. Эффект Джоуля- Томсона. Потеря работоспособности при дросселировании. Применение процесса дросселирования в технике.
Влажный воздух
Влажный воздух и его параметры. Абсолютная и относительная влажность Влагосодержание. Точка росы.
Температура мокрого термометра. Психрометр.
Энтальпия влажного воздуха.
Hd-диаграмма влажного воздуха.
Процессы изменения состояния влажного воздуха и их изображение на Нd-диаграмме: нагревание, охлаждение, адиабатное насыщение (увлажнение). Процесс сушки.