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.