- Dodane przez użytkownika Siergiej Wasiljewicz 2 09.08.2018 11:45
- Edytowano 08.09.2018 15:43
Za. z angielskiego - M.-L.: Gostekhizdat, 1950. - 592 s.: il. Książka zawiera eksperymentalne podstawy termodynamiki, teorię ciepła i częściowo teorię budowy materii. Oprócz podstaw termodynamiki ogólnej, w książce omówiono zagadnienia kinetycznej teorii gazów, teorii pojemności cieplnych, zagadnienia przejść fazowych i równowag, termodynamikę promieniowania, podstawy wymiany ciepła, elementy teorii równań stanu itp. Cechą szczególną książki jest indukcyjny sposób prezentacji: uogólnienia teoretyczne poprzedzone są opisem eksperymentów. Książka może być przydatna dla szerokiego grona naukowców zajmujących się badaniami z zakresu inżynierii cieplnej i termofizyki, a także nauczyciele, doktoranci i studenci odpowiednich specjalności. Treść pod spoilerem.
Przedmowa redaktora.
Temperatura.
Pomiar temperatury.
Skala temperatury Celsjusza.
Termometry gazowe.
Termometr stałociśnieniowy.
Termometr o stałej objętości.
Niektóre cechy termometrów gazowych.
Właściwości gazów i ich zastosowanie w termometrii. Prawo Boyle'a.
Prawdziwe gazy.
Teoria korekcji wskazań termometrów gazowych.
Porównanie skal temperatur różnych gazów.
Korekty wskazań termometrów gazowych w celu dostosowania ich do skali termodynamicznej.
Stałe punkty.
Temperatura topnienia lodu.
Temperatura wrzenia wody.
Temperatura wrzenia siarki.
Temperatura wrzenia naftalenu i benzofenionu.
Temperatury topnienia.
Temperatury topnienia w obszarze wysokich temperatur.
Tablice głównych punktów stałych.
Platynowe termometry oporowe.
Platynowe termometry oporowe do wysokich temperatur.
Urządzenie z platynowym termometrem oporowym.
Pomiary rezystancji termometrami platynowymi.
Efekt cieplny prądów w termometrze oporowym.
Efekt termoelektryczny.
Mostki do pracy z platynowymi termometrami oporowymi.
Termoelement.
Układ potencjometryczny do pomiarów termopar.
Termopary do wysokich temperatur.
Termometry rtęciowe.
Prawo Charlesa.
Wartość liczbowa stałej a.
Absolutna skala temperatury.
Stała gazowa.
Ilość ciepła.
Definicja jednostki ciepła.
Pojemność cieplna i ciepło właściwe.
Metoda mieszania.
Ewolucja poglądów na temat natury ciepła. Eksperymenty Rumfoorda.
Doświadczenie Davy’ego.
Eksperymenty Joule'a.
Dokładne określenie kalorii.
Straty ciepła w kalorymetrii.
Mechaniczny równoważnik ciepła. Doświadczenie Rowlanda.
Doświadczenia Reynoldsa i Moorby’ego.
Eksperymenty Laby'ego i Herkusa.
Elektryczne metody wyznaczania mechanicznego równoważnika ciepła. Eksperymenty Griffithsa.
Eksperymenty Shustera i Gannona.
Eksperymenty Callendera i Barnesa.
Eksperymenty Bousfielda.
Eksperymenty Jägera i Steinwehra.
Wnioski.
Pojemność cieplna wody.
Pierwsza zasada termodynamiki.
Kinetyczna teoria gazów.
Podstawowe prawa, którym podlegają gazy przy niskim ciśnieniu.
Model gazu idealnego.
Ciśnienie gazu.
Prawo Avogadro.
Prawo Boyle’a i prawo Daltona.
Niektóre konsekwencje.
Wyznaczanie liczby Avogadro.
Prawo rozkładu prędkości Maxwella.
Średnia prędkość.
Najprawdopodobniej prędkość.
Różne wyrażenia prawa Maxwella.
Graficzne przedstawienie prawa Maxwella.
Eksperymentalna weryfikacja prawa Maxwella.
Średnia swobodna droga cząsteczki.
Średni przebieg bezpłatny i liczba kolizji.
Prawdopodobieństwo przebiegu o danej długości.
Uderzenie w twardą ścianę. Prawo cosinusów Knudsena.
Prawo Maxwella i właściwości gazów przy bardzo niskich ciśnieniach. Stały przepływ przez wąskie rurki.
Teoria przepływu.
Eksperymenty Knudsena.
Wyciek gazu przez małe otwory.
Manometr absolutny Knudsena.
Ciśnienie termolekularne.
Dyfuzja termiczna.
Równania stanu gazów.
Odchylenia od praw gazu doskonałego.
Eksperymenty Andrewsa.
Równanie Van der Waalsa.
Własności równania van der Waalsa.
Prawo stanów odpowiednich.
Inne równania stanu.
Równania stanu i drugi współczynnik wirialny.
Temperatura Boyle’a.
Eksperymentalne badania ściśliwości.
Ściśliwość cieczy.
Zjawiska w obszarze krytycznym.
Właściwości substancji w pobliżu punktu krytycznego.
Odbiór i pomiar niskich temperatur.
Wstęp.
Metoda kaskadowa lub proces Picteta.
Metoda Lindego. Efekt Joule'a-Thomsona.
Skraplanie gazów metodą Claude'a.
Upłynnianie helu.
Skala międzynarodowa i skala gazowa od 0 do - 190° C.
Pomiar temperatury do - 190° C.
Pomiar temperatur w zakresie od 14 do 80° K.
Temperatury od 5 do 14° K.
Temperatury poniżej 5° K.
Kriostaty.
Zestalanie helu.
Dwa stany ciekłego helu.
Krzywe topnienia helu i wodoru pod wysokim ciśnieniem.
Chłodzenie metodą adiabatycznego rozmagnesowania. Teoria metody.
Zależność T* od temperatury termodynamicznej.
Pojemność cieplna gazów.
Pojęcie pojemności cieplnej.
Różnica między pojemnościami cieplnymi przy stałym ciśnieniu i przy stałej objętości. Gazy idealne.
Różnica między pojemnościami cieplnymi przy stałym ciśnieniu i przy stałej objętości. Prawdziwe gazy.
Eksperymentalne wyznaczanie pojemności cieplnej przy stałej objętości. Kalorymetr parowy Joly.
Eksperymenty Aikena.
Metoda eksplozji.
Doświadczalne wyznaczanie pojemności cieplnej przy stałym ciśnieniu.
Eksperymenty Regnaulta.
Eksperymenty Golborna i Genninga.
Metoda stałego przepływu.
Eksperymenty Blacketta, Henry'ego i Rydila.
Procesy adiabatyczne.
Procesy adiabatyczne w gazach doskonałych.
Procesy adiabatyczne w gazach rzeczywistych.
Badania eksperymentalne procesów adiabatycznych.
Wyznaczanie pojemności cieplnej poprzez pomiar prędkości dźwięku.
Prędkość dźwięku w atmosferze.
Prędkość dźwięku w rurach.
Eksperymentalne metody wyznaczania prędkości dźwięku w rurach.
Metody figury pyłowej.
Metoda Partingtona i Schillinga.
Metoda Dixona.
Dyskusja wyników.
Stopnie swobody.
Równomierny rozkład energii w poszczególnych stopniach swobody.
Eksperymentalne wartości Cv i k.
Pojemność cieplna wodoru w niskich temperaturach.
Kwantowa teoria pojemności cieplnej. Obrót.
Kwantowa teoria pojemności cieplnej. Wibracje wewnętrzne.
Pojemność cieplna ciał stałych i cieczy.
Ogólny przegląd metod eksperymentalnych.
Kalorymetr Nernsta.
Adiabatyczny kalorymetr próżniowy Simona i Langego.
Inne metody.
Pojemność cieplna przy stałym ciśnieniu i stałej objętości.
Prawo Dulonga i Petita.
Wnioski ogólne.
Eksperymenty w wysokich temperaturach.
Pojemność cieplna cieczy.
Odparowanie.
Podstawowe koncepcje.
Pomiar ciśnienia nasycenia niemetali. Metody bezpośrednie lub statyczne.
Pomiar ciśnienia nasycenia niemetali. Metoda temperatury wrzenia.
Metody oznaczania prężności par metali.
Metoda Knudsena.
Metoda Langmuira.
Współczynnik kondensacji.
Wyniki doświadczalnych oznaczeń prężności pary nasyconej.
Wzór Kirchhoffa.
Inne formuły.
Równanie uniwersalne.
Stała chemiczna.
Klasyfikacja metod pomiaru ciepła utajonego parowania.
Metody bezpośredniego pomiaru ciepła potrzebnego do parowania.
Eksperymenty Genninga.
Wyznaczanie utajonego ciepła parowania w niskich temperaturach.
Eksperymenty Ditericiego.
Metoda kondensacyjna Berthelota.
Eksperymenty Obery'ego i Griffithsa.
Kalorymetr parowy Joly.
Reguła Trutona.
Oznaczanie gęstości pary nasyconej.
Zgodność między teoretycznymi i eksperymentalnymi wartościami stałej chemicznej.
O zastosowaniu praw gazowych do par.
Podział izotopowy.
Adsorpcja.
Elementarna teoria kinetyczna.
Topienie.
Wstęp.
Wyznaczanie ciepła utajonego topnienia lodu metodą mieszania.
Kalorymetr lodowy Bunsena.
Wyznaczanie ciepła utajonego topnienia lodu metodą elektryczną.
Oznaczanie ciepła utajonego topnienia metali.
Wyznaczanie utajonego ciepła topnienia w niskich temperaturach.
Zależność pomiędzy utajonym ciepłem topnienia a temperaturą topnienia.
Rozszerzalność cieplna.
Wstęp.
Wyznaczanie rozszerzalności liniowej ciał stałych metodą porównawczą.
Optyczne metody wyznaczania rozszerzalności liniowej ciał stałych. Metoda Fizeau.
Metoda lustra i skali.
Prawo Gruneisena.
Ciała anizotropowe.
Ekspansja cieczy i gazów.
Termometr do ważenia.
Absolutna ekspansja cieczy.
Ekspansja wody.
Przenikanie ciepła poprzez przewodzenie i konwekcję.
Wstęp.
Pojęcie przewodności cieplnej.
Opór cieplny.
Praktyczne metody wyznaczania współczynników przewodzenia ciepła.
Metoda Hercusa i Laby’ego.
Metoda gorącego drutu.
Elementarna teoria przewodnictwa cieplnego gazów.
Lepkość gazów.
Zależność współczynników przewodności cieplnej od lepkości.
Średnica cząsteczki i średnia droga swobodna.
Przewodność cieplna gazów przy bardzo niskich ciśnieniach.
Przewodność cieplna cieczy.
Bezpośrednie metody wyznaczania przewodności cieplnej metali.
Metody elektryczne.
Eksperymenty Jaegera i Disselhorsta.
Eksperymenty Meissnera.
Wysokie temperatury.
Teoria.
Wyniki eksperymentalne.
Trudności teorii.
Przewodność cieplna ciał stałych niemetalicznych.
Przewodność cieplna kryształów w niskich temperaturach.
Teoria wymiany ciepła w ciałach krystalicznych.
Konwekcja.
Naturalna konwekcja.
Praktyczne zastosowania formuły.
Wymuszona konwekcja.
Druga zasada termodynamiki.
Wstęp.
Procesy odwracalne.
Cykl Carnota.
Druga zasada termodynamiki.
Sprawność odwracalnego silnika cieplnego.
Termodynamiczna skala temperatury.
Porównanie skali termodynamicznej i temperatury gazu.
Entropia.
Zmiana entropii w cyklu Carnota.
Zmiana entropii w dowolnym cyklu odwracalnym.
Formuła analityczna.
Równania różniczkowe termodynamiki.
Wstęp.
Cztery zależności termodynamiczne Maxwella.
Pojemność cieplna.
Efekt Joule'a-Thomsona.
Teoria efektu Joule'a-Thomsona.
Zawartość ciepła.
Równanie stanu na podstawie pomiarów efektu Joule'a-Thomsona.
Korekty termometru gazowego w celu dostosowania odczytów do skali absolutnej.
Cykle mocy.
Wstęp.
Substancja robocza.
Tłokowe maszyny parowe.
Cykl Rankine’a.
Schemat TS.
Cykl Rankine’a dla pary przegrzanej.
Wyznaczanie efektywności cyklu Rankine'a.
Tabele pary wodnej.
Obliczenia.
JEST schemat.
Wyznaczanie sprawności rzeczywistej maszyny parowej.
Wiele maszyn ekspansyjnych.
Turbiny parowe.
Turbina odrzutowa.
Praca uzyskana z turbiny.
Z dyszy wydobywa się para.
Silniki z zapłonem wewnętrznym.
Cykl Otto.
Cykl diesla.
Straty ciepła.
Maszyny chłodnicze.
Substancja robocza w maszynach chłodniczych.
Cykl prawdziwej maszyny chłodniczej.
/wykres S.
Przykłady numeryczne.
Lodówka „Electrolux”.
Zasada wzrostu entropii.
Entropia gazu doskonałego.
Entropia mieszaniny dwóch gazów doskonałych.
Zmiana entropii w przypadku wzajemnej dyfuzji dwóch gazów doskonałych.
Zasada wzrostu entropii.
Równowaga układu fizycznego lub chemicznego.
Ogólne prawa rządzące procesami w układzie fizycznym lub chemicznym.
Zmiany w układzie izolowanym termicznie.
Procesy izotermiczne. Darmowa energia.
Procesy izotermiczne pod stałym ciśnieniem. Potencjał termodynamiczny.
Warunki równowagi.
Równowaga w układzie izolowanym termicznie.
Równowaga izotermiczna.
Równowaga izotermiczna przy stałym ciśnieniu.
Zależności pomiędzy różnymi funkcjami termodynamicznymi.
Równowaga między dwoma stanami tej samej substancji.
Pojemność cieplna pary nasyconej.
Reguła fazowa.
Przejścia wyższego rzędu.
Równowaga chemiczna układu gazowego.
Ogólne relacje.
Równowaga układu gazowego przy stałym ciśnieniu i stałej temperaturze.
Ciepło reakcji.
Wpływ zmian temperatury na stałą równowagi.
Wpływ zmian ciśnienia na stałą równowagi.
Zasada Le Chateliera.
Warunek równowagi wyrażony w postaci ciśnień cząstkowych.
Reakcje przy stałych T i p, w których uczestniczą ciała stałe lub ciecze.
Stan równowagi.
Ciepło reakcji.
Wpływ temperatury na ciepło reakcji.
Niektóre obliczenia.
Działalność.
Wpływ presji na aktywność.
Zastosowanie pojęcia aktywności do zagadnień równowagi.
Eksperymentalne wyznaczanie stałych równowagi.
Porównanie wartości uzyskanych różnymi metodami.
Siła elektromotoryczna i wyznaczanie stałej równowagi.
Elementy odwracalne i nieodwracalne.
Siła elektromotoryczna elementu odwracalnego.
Ilość prądu.
Zasada znaków.
Stężenie pierwiastków gazowych.
Zastosowania metody.
Wyznaczanie ciepła reakcji.
Ciepło reakcji przy stałym ciśnieniu i stałej objętości.
Twierdzenie termiczne Nernsta.
Twierdzenie Nernsta.
Potwierdzenie twierdzenia Nernsta.
Stałe chemiczne.
Twierdzenie Nernsta i płyny.
Reakcje heterogeniczne.
Promieniowanie.
Wstęp.
Przyrządy do wykrywania i pomiaru ciepła promieniowania.
Bolometry.
Elementy termoelektryczne.
Radiometry.
Teoria radiacyjnego przenoszenia ciepła.
Emisja i absorpcja.
Prawo Kirchhoffa.
Ciało doskonale czarne i promieniowanie ciała doskonale czarnego.
Zasada mikrorównowagi w obszarze promieniowania.
Termodynamiczne wyprowadzenie zależności pomiędzy całkowitą gęstością promieniowania w przestrzeni zamkniętej a temperaturą.
Całkowita emisyjność całkowicie czarnego ciała.
Eksperymentalna weryfikacja prawa Stefana i wyznaczanie stałej Stefana.
Prawo przemieszczenia Wiena.
Wzór Plancka.
Eksperymentalne potwierdzenie prawa Wiena i wyznaczenie stałej C 2 we wzorze na promieniowanie Plancka.
Skala temperatur w wysokich temperaturach.
Pirometry optyczne.
Pirometry całkowitego promieniowania.
Porównanie pirometrów promieniowania całkowitego i pirometrów optycznych.
Emisyjność i temperatura ciał innych niż czarne.
Pirometry optyczne i wyznaczanie temperatur topnienia w obszarze wysokich temperatur.
Temperatura Słońca.
Wzór na promieniowanie Plancka.
Wstęp.
Liczba niezależnych oscylacji ośrodka ciągłego.
Wzór na promieniowanie Rayleigha.
Teoria kwantowa.
Teoria Debye'a dotycząca pojemności cieplnej ciał stałych.
Podstawowe postanowienia.
Porównanie z danymi eksperymentalnymi.
Prawo Debye’a T 3.
Dalszy rozwój teorii.
Maksymalna częstotliwość Debye'a i inne częstotliwości.
Funkcja Debye'a i entropia ciał stałych.
Pojemność cieplna w wysokich temperaturach.
Energia oscylatora w temperaturze zera absolutnego.
Anomalie pojemności cieplnej ciał stałych.
Teoria pojemności cieplnej Blackmana.
Równanie stanu ciała stałego.
Twierdzenie o wirusie Clausiusa.
Niektóre przesłanki teorii ciała stałego.
Całkowita energia potencjalna atomów w gramatomie substancji.
Wibracje atomowe.
Częstotliwość zmienia się wraz z głośnością.
Równanie stanu ciała stałego.
Ustalenie eksperymentalne.
Rozszerzalność cieplna. Prawo Gruneisena.
Wyprowadzenie równania stanu przez Debye'a.
Rozszerzalność cieplna ciał anizotropowych.
Utajone ciepło parowania w temperaturze zera absolutnego.
Energia soli krystalicznych.
Teoria topnienia.
Współczesne teorie topnienia i cieczy.
Aplikacja.
Zależności termodynamiczne i właściwości termodynamiczne pary wodnej.
Zależności termodynamiczne.
Właściwości pary wodnej.
Tabele pary wodnej.
Aplikacje redaktorskie.
Dodatek do Ch. XIV.
Bibliografia prac naukowców rosyjskich i radzieckich.
Indeks tematyczny.
1 DK 536.7(07) + 536.24 Recenzenci: Katedra Ciepłowni i Elektrociepłowni Państwowego Uniwersytetu Transportu w Petersburgu (doktor nauk technicznych, prof. I.G. Kiselev), profesor B.S. Fokin (JSC NPO „TsKTI im. I.I. Polzunov”) Sapozhnikov S.Z., Kitanin E.L. Termodynamika techniczna i wymiana ciepła: Podręcznik dla uniwersytetów. St. Petersburg: Wydawnictwo Państwowego Uniwersytetu Technicznego w Petersburgu, 1999. 319 s. ISBN 5-7422-0098-6 Przedstawiono podstawy termodynamiki technicznej i wymiany ciepła. Przedstawiono zasady termodynamiki, metody obliczania procesów termodynamicznych z gazem doskonałym i rzeczywistymi płynami roboczymi, obiegi elektrowni, maszyn chłodniczych i pomp ciepła. Opisano procesy stacjonarnego i niestacjonarnego przewodnictwa cieplnego, konwekcyjnego i radiacyjnego przenoszenia ciepła. Podano podstawy obliczeń cieplnych wymienników ciepła. Przeznaczony dla kawalerów na kierunku 551400 „Systemy transportu lądowego”. I8ВN 5-7422-0098-6 Państwowy Uniwersytet Techniczny w Petersburgu, 1999 Sapozhnikov S.Z., Kitanin E.L., 1999 2 SPIS TREŚCI Przedmowa........................... .................................................. .... 1. TERMODYNAMIKA TECHNICZNA............................ 1.1. Przedmiot i metoda termodynamiki technicznej............ 1.2. Podstawowe pojęcia termodynamiki........................... 1.2.1. Układ termodynamiczny i parametry termodynamiczne............................................ ............... 1.2.2. Równowaga termodynamiczna i równowagowy proces termodynamiczny............................................ ...... 1.2.3. Termiczne równanie stanu. Powierzchnia termodynamiczna i diagramy stanu……………………………………………………………. 1.2.4. Mieszanki gazów doskonałych .................................................. .. 1.2.5. Energia, praca, ciepło........................... 1.2.6. Pojemność cieplna................................................ ....... 1.3. Pierwsza zasada termodynamiki............................ 1.3.1. Równanie pierwszej zasady............................ 1.3.2. Energia wewnętrzna w funkcji stanu........................................... ........................... 1.3.3. Entalpia i jej właściwości .................................................. ...... 1.3.4. Równanie pierwszego prawa gazu doskonałego............................................ .................................................. ........... 1.4. Analiza procesów z gazem doskonałym............................ 1.4.1. Proces izobaryczny .................................................. ... 1.4. 2. Proces izochoryczny............................................ ...... 1.4.3. Proces izotermiczny .................................................. ... 1.4.4. Proces adiabatyczny............................................ ... 1.4.5 . Procesy politropowe........................................... 1.4.6. Sprężanie gazu w sprężarce tłokowej........... 1.5. Druga zasada termodynamiki........................... 1.5.1. Procesy odwracalne i nieodwracalne............................ 1.5.2. Cykle i ich wydajność .................................................. ...... 1.5.3. Sformułowania drugiej zasady........................... 1.5.4. Cykl Carnota. Twierdzenie Carnota........................... 3 1.5.5. Entropia, jej zmiana w procesach odwracalnych i nieodwracalnych............................................ .................................. 1.5.6. Diagram stanu T – s. Zmiana entropii w procesach z gazem doskonałym............................................ ........................................... 1.5. 7. Termodynamiczna skala temperatur............ 1.6. Cykle tłokowych silników spalinowych............................................ .................................................. ........... 1.6.1. Cykl z izochorycznym dopływem ciepła (cykl Otto) 1.6.2. Cykl z izobarycznym dostarczaniem ciepła (cykl diesla) .................................. .................................................. .................. ............. 1.6.3. Porównanie sprawności cykli silnika spalinowego.................. 1.7. Cykle zespołów turbin gazowych............................ 1.7.1. Schemat i cykl z izobarycznym dostarczaniem ciepła. 1.7.2. Sprawność cieplna cyklu Braytona........... 1.7.3. Cykl regeneracyjny zespołu turbiny gazowej............................ 1.7.4. Efektywność cykli rzeczywistych........... 1.8. Termodynamika rzeczywistych płynów roboczych........... 1.8.1. Równania stanu gazów rzeczywistych.................... 1.8.2. Zmiana stanu skupienia substancji.... 1.8.3. Diagramy i tablice stanów.................... 1.9. Cykle elektrowni parowych............................ 1.9.1. Cykl parowy Carnota........................................... 1.9.2. Cykl Rankine’a .................................................. ..... 1.10. Cykle maszyn chłodniczych i pomp ciepła 1.10.1. Odwrócony cykl Carnota............................ ............. 1.10 .2. Cykl maszyny chłodniczej ze sprężaniem pary z przegrzaniem pary i dławieniem............................ 1.10.3. Cykl pompy ciepła............................ 1.11. Mokre powietrze. .................................................. ...... ....... 1.11.1 Podstawowe pojęcia i definicje...... 1.11.2. wykres h–d wilgotnego powietrza............... 2. PRZENIKANIE CIEPŁA.............. ............... .................................. 4 2.1. Ogólne pomysły na temat wymiany ciepła........... 2.2. Przewodność cieplna................................................ ....... 2.2.1. Podstawowe pojęcia i definicje............ 2.2.2. Hipoteza Bio-Fouriera............................ 2.2.3.Równanie różniczkowe przewodności cieplnej. ……………………………………………………… 2.2.4. Warunki niepowtarzalności.................................. 2.2.5. Modele ciał w zagadnieniach przewodzenia ciepła. .... 2.3. Stacjonarna przewodność cieplna............................ 2.3.1. Przewodność cieplna płyt i powłok............ 2.3.2. Przewodność cieplna powierzchni żebrowanych. 2.4. Niestacjonarna przewodność cieplna........................... 2.4.1. Przewodność cieplna ciał cienkich termicznie............ 2.4.2. Przewodność cieplna półzwiązanego ciała i pręta............................................ ........................ 2.4.3. Ogrzewanie i chłodzenie płyty, cylindra i kuli. 2.4.4. Nagrzewanie i chłodzenie ciał o skończonych rozmiarach….. 2.4.5. Regularny reżim termiczny........................... 2.5. Przybliżone metody teorii przewodności cieplnej. 2.5.1. Analogia elektrotermiczna............................ 2.5.2. Metoda graficzna............................................ 2.5.3. Metoda różnic skończonych........................... 2.6. Fizyczne podstawy konwekcyjnego przenoszenia ciepła. 2.6.1. Podstawowe pojęcia i definicje............................ 2.6.2. Równania różniczkowe konwekcyjnego przenoszenia ciepła........... .................. ............... ............. 2.7. Podstawy teorii podobieństwa .................................................. ........... 2.7.1. Podobieństwo zjawisk fizycznych............................ 2.7.2. Twierdzenia o podobieństwie .................................................. ... 2.7.3 . Równania podobieństwa............................................ 2.7.4. Zasady modelowania .................................. 2.8. Konwekcyjne przekazywanie ciepła w ośrodku jednofazowym..... 2.8.1. Sposoby przepływu cieczy i gazów.................................. 5 2.8.2. Warstwa graniczna................................................ ... 2.8.3. Wymiana ciepła w laminarnej warstwie granicznej na płaskiej powierzchni............................ .................. ....... 2.8.4. Wymiana ciepła w turbulentnej warstwie przyściennej na płaskiej powierzchni............................ ............. ........... 2.8.5. Wymiana ciepła podczas wymuszonej konwekcji w rurach i kanałach.................... 2.8.6 transfer w odcinku o ustabilizowanym przepływie Integral Liona........................... 2.8 .7. Wymiana ciepła podczas przepływu laminarnego w rurach………………………………………………….. 2.8.8. Wymiana ciepła podczas przepływu turbulentnego w rurach... 2.8.9. Wymiana ciepła podczas przepływu wokół rur i wiązek rur............................................ .................................. 2.8.10. Wymiana ciepła podczas konwekcji swobodnej............ 2.8.11. Wymiana ciepła w mediach fluidalnych....... 2.9. Konwekcyjne przenoszenie ciepła podczas wrzenia i kondensacji............................ ........................ 2.9.1. Wymiana ciepła podczas wrzenia............................ 2.9.2. Wymiana ciepła podczas kondensacji............................ 2.9.3. Rury cieplne .................................................. ........... 2.10. Przenikanie ciepła przez promieniowanie .................................................. ..... 2.10.1. Fizyczne podstawy promieniowania............ 2.10.2. Obliczanie przenikania ciepła przez promieniowanie............ 2.10.3. Promieniowanie słoneczne............................ 2.10.4. Złożone przekazywanie ciepła............................ 2.11. Wymienniki ciepła................................................ ........................ 2.11.1 Klasyfikacja i przeznaczenie........................... ...... 2.11.2. Podstawy obliczeń cieplnych............................ 2.11.3. Sprawność wymienników ciepła. Rzeczywiste współczynniki przenikania ciepła............................ 2.11.4. Obliczenia hydrauliczne wymienników ciepła... Literatura........................................... .................... 6 WSTĘP „Inżynieria termodynamiki i wymiany ciepła” to jeden z głównych przedmiotów prowadzonych na studiach licencjackich w dziedzinie „Systemy transportu naziemnego”. Jest bogata w informacje i skompresowana czasowo do 1-2 semestrów, dlatego większość podręczników podstawowych jest dla studentów mało pomocna: są zbyt szczegółowe, nie skupiają się na zakresie zadań związanych z systemami transportowymi, wreszcie , są po prostu przeznaczone do kursów o znacznie większej objętości. Dla inżynierów transportu najważniejsze jest zrozumienie przedmiotu i podstawowych pojęć termodynamiki i wymiany ciepła oraz opanowanie ustalonej terminologii tych nauk. Bezwzględnie należy pamiętać o 10-15 podstawowych wzorach (takich jak równanie stanu gazu doskonałego, wzór na obliczenie przenikania ciepła przez płytę wielowarstwową, prawo Stefana-Boltzmanna itp.). Resztę informacji, mimo swojej wagi, wystarczy zrozumieć, fizycznie przedstawić i powiązać z przykładami z różnych dziedzin życia i technologii. Dlatego autorzy starali się zwrócić główną uwagę na fizyczną stronę rozpatrywanych zjawisk, pozostawiając godne, choć skromne miejsce aparatowi matematycznemu. Autorzy wyrażają głęboką wdzięczność Recenzentom – Katedrze Ciepłowni i Elektrociepłowni Państwowego Uniwersytetu Transportu w Petersburgu w osobie dr hab. tech. nauka prof. I. G. Kiseleva i dr. technologia Nauki doc. V.I. Kryłow, a także dr Tech. nauka prof. B. S. Fokin – za cenne uwagi, które pozwoliły udoskonalić tekst oryginalny. Specjalne podziękowania dla dr. technologia Sciences G. G. Le Havre za ogromną pomoc w przygotowaniu manuskryptu; Wpadła na pomysł porównania N, ε – metody obliczania wymienników ciepła z tradycyjnym schematem obliczeń. I oczywiście pomoc w projektowaniu książki ze strony pracowników wydziału „Teoretyczne podstawy inżynierii cieplnej” Państwowego Uniwersytetu Technicznego w Petersburgu E. O. Vvedenskaya, R. M. Groznaya, doktorantów Yu. V. Burtseva i E. M. Rotinyan być bardzo cenne. S. Sapozhnikov E. Kitanin 8 1. TERMODYNAMIKA TECHNICZNA 1.1 PRZEDMIOT I METODA TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ Termodynamika - nauka o przemianach energii - jest podstawą pracy inżyniera energetyki. Początki termodynamiki zbiegają się z pojawieniem się pierwszych maszyn parowych. W 1824 roku francuski inżynier S. Carnot zbadał energetyczne oddziaływanie wody i pary z różnymi częściami silnika oraz z otoczeniem i dokonał pierwszej oceny sprawności silnika parowego. Od tego czasu przedmiotem badań termodynamiki są procesy w maszynach energetycznych, przemiany agregatowe substancji, procesy fizykochemiczne, plazmowe i inne. Badania te opierają się na metodzie termodynamicznej: przedmiotem badań może być dowolne ciało wchodzące w skład tzw. układu termodynamicznego. System ten musi być: wystarczająco rozbudowany i złożony, aby były w nim przestrzegane prawa statystyczne (ruch cząsteczek substancji w określonej objętości, ogrzewanie i chłodzenie cząstek materiału stałego w zasypce itp.); zamknięte, to znaczy mają granice we wszystkich kierunkach przestrzennych i składają się ze skończonej liczby cząstek. Nie ma innych ograniczeń dla układu termodynamicznego. Obiekty świata materialnego, które nie wchodzą w skład układu termodynamicznego, nazywane są środowiskiem. Wracając do prac S. Carnota zauważamy, że woda i uzyskana z niej para wodna stanowią układ termodynamiczny. Śledząc oddziaływanie energetyczne wody i pary z otaczającymi ciałami, można ocenić efektywność zamiany ciepła dostarczonego do maszyny na pracę. Jednak nowoczesne maszyny energetyczne nie zawsze wykorzystują wodę do konwersji energii. Zgódźmy się nazwać płynem roboczym dowolne medium służące do przetwarzania energii. 9 Przedmiotem termodynamiki technicznej są więc prawa przemiany energii w procesach oddziaływania ciał roboczych z elementami maszyn energetycznych i otoczeniem, analiza doskonałości maszyn energetycznych, a także badanie właściwości ciał roboczych ciała i ich zmiany w procesach interakcji. W przeciwieństwie do fizyki statystycznej, która bada model fizyczny układu z wyraźnymi wzorami interakcji mikrocząstek, termodynamika nie jest w swoich wnioskach powiązana z jakąkolwiek strukturą ciała i pewnymi formami komunikacji pomiędzy elementami tej struktury. Termodynamika posługuje się prawami o charakterze uniwersalnym, czyli obowiązującymi dla wszystkich ciał, niezależnie od ich budowy. Prawa te stanowią podstawę wszelkiego rozumowania termodynamicznego i nazywane są zasadami termodynamiki. Pierwsza zasada wyraża prawo zachowania energii – uniwersalne prawo natury. Wyznacza bilans energetyczny podczas oddziaływań w obrębie układu termodynamicznego, a także pomiędzy układem termodynamicznym a otoczeniem. Druga zasada wyznacza kierunek przemian energetycznych i znacząco rozszerza możliwości metody termodynamicznej. Obie zasady mają charakter eksperymentalny i mają zastosowanie do wszystkich układów termodynamicznych. W oparciu o te dwie zasady, przedstawione w formie matematycznej, można wyrazić parametry wymiany energii podczas różnych oddziaływań, ustalić powiązania między właściwościami substancji itp. Jednak aby wyniki sprowadzić do konkretnych liczb, „wewnętrzny same zasoby” termodynamiki nie wystarczą. Konieczne jest wykorzystanie wyników eksperymentalnych lub teoretycznych, które uwzględniają charakter płynu roboczego w rzeczywistym układzie termodynamicznym. Jeśli na przykład skorzystamy z danych eksperymentalnych dotyczących gęstości substancji, to za pomocą analizy termodynamicznej możemy obliczyć jej pojemność cieplną itp. 10 Zatem badania termodynamiczne opierają się na podstawowych prawach natury. Jednocześnie obliczenia inżynierskie z zakresu termodynamiki są niemożliwe bez wykorzystania danych eksperymentalnych lub wyników teoretycznych badań właściwości fizycznych płynów roboczych. 1.2. PODSTAWOWE POJĘCIA TERMODYNAMIKI 1. 2.1. Układ termodynamiczny i parametry termodynamiczne Układem termodynamicznym nazywamy dowolne ciało lub układ ciał oddziałujących ze sobą i (lub) z otoczeniem (do układu takiego można w szczególności zaliczyć ciała robocze maszyn energetycznych). Definicja nie precyzuje, co dokładnie uważa się za układ termodynamiczny, a co za środowisko. Można na przykład uznać sam płyn roboczy za układ termodynamiczny, a „wszystko inne” za środowisko; Możesz wybrać tylko część ciała, a pozostałą część i wszystkie inne ciała uznać za środowisko. Przeciwnie, można rozszerzyć układ termodynamiczny - włączyć do niego, oprócz pierwszego ciała, kilka innych, a wszystkie pozostałe ciała uznać za środowisko. Takie rozszerzenie lub zawężenie zakresu obiektów tworzących układ termodynamiczny pozwala na wyjaśnienie istotnych cech ciał pracujących i oddziaływań energetycznych między nimi. Wiadomo, że ta sama substancja może występować w stanie ciekłym, gazowym lub stałym. W tym przypadku oczywiście właściwości tej substancji, tego układu termodynamicznego, będą różne, na przykład gęstość, współczynnik rozszerzalności objętościowej, przenikalność magnetyczna, prędkość dźwięku itp. Wszystko to, a także inne wielkości charakteryzujące stan układu termodynamicznego nazywane są parametrami termodynamicznymi stanem. Jest ich wiele; tradycyjnie wyróżnione
Zarysowano podstawowe zasady termodynamiki, jej aparat matematyczny, metody analizy termodynamicznej oraz opisano właściwości termodynamiczne substancji. Dużo uwagi poświęca się równowadze układów termodynamicznych i przemianom fazowym oraz technicznym zastosowaniom termodynamiki. Tradycyjne zastosowanie podstaw termodynamiki stanów i procesów równowagowych jest organicznie połączone z prezentacją termodynamiki procesów nieodwracalnych.
ROZDZIAŁ I PIERWSZA ZASADA TERMODYNAMIKI
§ 1.1. TERMODYNAMIKA - NAUKA O PRZEMIANIE ENERGII CIAŁ
Termodynamika bada wzorce transformacji energii w wyniku interakcji ciał i pól siłowych. Charakterystyczną cechą termodynamiki jest możliwość uwzględnienia wszystkich bez wyjątku różnych rodzajów energii, które mogą objawiać się podczas interakcji ciał i pól, a także wszelkich przemian różnych rodzajów energii. W tym przypadku każde z ciał i pól siłowych lub ich kombinacja w termodynamice jest uważana za układ makroskopowy, który ma energię specyficzną dla swojej formy.
SPIS TREŚCI
Przedmowa.
Rozdział I. Perese początek termodynamiki.
§ 1.1. Termodynamika to nauka o przetwarzaniu energii ciał.
§ 1.2. Podstawowe koncepcje.
§ 1.3. Zerowa zasada termodynamiki.
§ 1.4. Praca i ciepło procesu.
§ 1.5. Procesy odwracalne i nieodwracalne.
§ 1.6. Sformułowanie pierwszej zasady termodynamiki.
§ 1.7. Energia wewnętrzna i entalpia.
§ 1.8. Analityczne wyrażenie pierwszej zasady termodynamiki.
§ 1.9. Pojemność cieplna.
Rozdział II. Druga i trzecia zasada termodynamiki.
§ 2.1. Druga zasada termodynamiki.
§ 2.2. Zamiana ciepła na pracę w silniku cieplnym.
§ 2.3. Temperatura termodynamiczna.
§ 2.4. Entropia.
§ 2.5. Analityczne wyrażenie drugiej zasady termodynamiki.
§ 2.6. Trzecia zasada termodynamiki.
§ 2.7. Interpretacja statystyczna drugiej i trzeciej zasady termodynamiki.
§ 2.8. Potencjały termodynamiczne.
§ 2.9. Równania różniczkowe cząstkowe termodynamiki.
§ 2.10. Ogólne wyrażenie sprawności cieplnej odwracalnych silników cieplnych i bezpośrednich konwerterów energii.
§ 2.11. Maksymalna użyteczna praca zewnętrzna.
§ 2.12. Termodynamiczny opis procesów nieodwracalnych. Podstawowe zależności termodynamiki procesów nieodwracalnych.
§ 2.13. Zastosowania termodynamiki procesów nieodwracalnych (zjawiska termoelektryczne, ruch i przekazywanie ciepła w cieczach, zjawiska termomechaniczne).
Rozdział III. Równowaga termodynamiczna.
§ 3.1. Ogólny warunek równowagi termodynamicznej układów termodynamicznych.
§ 3.2. Warunki stabilności równowagi termodynamicznej.
§ 3.3. Zasada Le Chateliera-Browna.
§ 3.4. Warunki równowagi fazowej.
§ 3.5. Diagram fazowy.
§ 3.6. Równania różniczkowe cząstkowe układu dwufazowego. Diagramy termodynamiczne.
§ 3.7. Przejścia fazowe pierwszego i drugiego rzędu.
§ 3.8. Punkt krytyczny.
Rozdział IV. Podstawowe procesy termodynamiczne.
§ 4.1. Metody analizy termodynamicznej.
§ 4.2. Proces adiabatyczny.
§ 4.3. Procesy izotermiczne, izobaryczne, izochoryczne i politropowe.
§ 4.4. Przepływ gazów i cieczy.
Rozdział V. Właściwości termodynamiczne ciał stałych, ciekłych i gazowych.
§ 5.1. Cechy budowy ciał rzeczywistych.
§ 5.2. Parowanie cieczy i kondensacja pary.
§ 5.3. Topienie kryształów i krystalizacja ciekła
§ 5.4. Podobieństwo termodynamiczne.
Rozdział VI. Termodynamika gazów i układów gazopodobnych.
§ 6.1. Gazy doskonałe i rzeczywiste.
§ 6.2. Nasycona i mokra para cieczy.
§ 6.3. Gaz elektronów walencyjnych w metalu.
§ 6.4. Gaz fononowy w krysztale.
§ 6.5. Gaz fotonowy.
Rozdział VII. Termodynamika układów złożonych.
§ 7.1. Energia Gibbsa układów o zmiennej masie.
§ 7.2. Reguła fazowa.
§ 7.3. Reakcje chemiczne.
§ 7.4. Rozwiązania.
Rozdział VIII. Analiza termodynamiczna procesów przemiany energii (termodynamika techniczna).
§ 8.1. Termodynamika techniczna jest naukową podstawą współczesnej energii.
§ 8.2. Sprawność cieplna i efektywna silników cieplnych. Optymalizacja cyklu pracy.
§ 8.3. Cykle tłokowych silników cieplnych i maszyn
§ 8.4. Cykle zespołów turbin gazowych i silników odrzutowych.
§ 8 ust. 5, Cykle elektrowni parowych.
§ 8.6. Cykle binarne.
§ 8.7. Cykle instalacji gazowych o obiegu kombinowanym.
§ 8.8. Cykl elektrowni jądrowej.
§ 8.9. Cykle maszyn chłodniczych.
§ 8.10. Transformatory ciepła (termotransformatory)
§ 8.11. Przetworniki energii elektrycznej (generatory elektrochemiczne, przetworniki fotoelektryczne).
§ 8.12. Przekształtniki energii elektrycznej o działaniu cyklicznym.
Indeks tematyczny.
Pobierz e-book za darmo w wygodnym formacie, obejrzyj i przeczytaj:
Pobierz książkę Termodynamika, Novikov I.I., 1984 - fileskachat.com, szybkie i bezpłatne pobieranie.
Biblioteka > Książki do fizyki > Fizyka molekularna, termodynamika, teoria spalania
Fizyka molekularna, termodynamika, teoria spalania
- Aizenshits R. Statystyczna teoria procesów nieodwracalnych. M.: Wydawnictwo. Zagraniczny dosł., 1963 (djvu)
- Andreev V.D. Wybrane problemy fizyki teoretycznej. Kijów: Outpost-Prim, 2012 (pdf)
- Andryushchenko A.I. Podstawy termodynamiki technicznej procesów rzeczywistych. M.: Wyżej. szkoła, 1967 (djvu)
- Anselm AI Podstawy fizyki statystycznej i termodynamiki. M.: Nauka, 1973 (djvu)
- Astachow K.V. (red.) Stałe termodynamiczne i termochemiczne. M.: Nauka, 1970 (djvu)
- Bazarov I.P. Metodyczne problemy fizyki statystycznej i termodynamiki. M.: Wydawnictwo Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego, 1979 (djvu)
- Balescu R. Równowagowa i nierównowagowa mechanika statystyczna. Tom 1. M.: Mir, 1978 (djvu)
- Balescu R. Równowagowa i nierównowagowa mechanika statystyczna. Tom 2. M.: Mir, 1978 (djvu)
- Bakhareva I.F. Nieliniowa termodynamika nierównowagowa. Saratów: Wydawnictwo Uniwersytetu Saratowskiego, 1976 (djvu)
- Becker R. Teoria ciepła. M.: Energia, 1974 (djvu)
- Bikkin Kh.M., Lyapilin I.I. Termodynamika nierównowagowa i kinetyka fizyczna. Jekaterynburg: Uralski Oddział Rosyjskiej Akademii Nauk, 2009 (pdf)
- Bolgarsky A.V., Mukhachev G.A., Shchukin V.K. Termodynamika i wymiana ciepła (wyd. 2). M.: Wyżej. szkoła, 1975 (djvu)
- Boltzmann L. Wykłady z teorii gazów. M.: GITTL, 1953 (djvu)
- Brillouin L. Nauka i teoria informacji. M.: GIFML, 1960 (djvu)
- Wasiliew A.E. Ogólny kurs fizyki. Fizyka molekularna i termodynamika. SPb.: SPbSTU (pdf)
- Wukalowicz M.P. Właściwości termofizyczne wody i pary wodnej. M.: Inżynieria mechaniczna, 1967 (djvu)
- Vukalovich M.P., Nowikow I.I. Termodynamika. M.: Inżynieria mechaniczna, 1972 (djvu)
- Vukalovich M.P., Nowikow I.I. Termodynamika inżynieryjna (wyd. 4). M.: Energia, 1968 (djvu)
- Gerasimov Ya.I., Heiderich V.A. Termodynamika roztworów. M.: MSU, 1980 (djvu)
- Ginzburg V.L., Levin L.M., Sivukhin D.V., Jakowlew I.A. Zbiór problemów fizyki molekularnej (wydanie IV). M.: Nauka, 1976 (djvu)
- Hirschfelder J., Curtiss Ch., Bird R. Molekularna teoria gazów i cieczy. M.: IL, 1961 (djvu)
- Glensdorf P., Prigozhin I. Termodynamiczna teoria struktury, stabilności i fluktuacji. M.: Mir, 1973 (djvu)
- Głuszko V.P. (red.) Właściwości termodynamiczne poszczególnych substancji. Wydanie referencyjne (wyd. 3). T. 1. Książka. 1. M.: Nauka, 1978 (djvu)
- Głuszko V.P. (red.) Właściwości termodynamiczne poszczególnych substancji. Wydanie referencyjne (wyd. 3). T. 2. Książka. 1. M.: Nauka, 1979 (djvu)
- Głuszko V.P. (red.) Właściwości termodynamiczne poszczególnych substancji. Wydanie referencyjne (wyd. 3). T. 2. Książka. 2. M.: Nauka, 1979 (djvu)
- Gorbunova O.I., Zaitseva A.M., Krasnikov S.N. Książka problemowa-warsztat z fizyki ogólnej. Termodynamika i fizyka molekularna. M.: Edukacja, 1978 (djvu)
- Gurewicz L.E. Podstawy kinetyki fizycznej. L.-M.: GITTL, 1940 (djvu)
- Gurow K.P. Podstawy teorii kinetycznej. Metoda N.N. Bogolubowa. M.: Nauka, 1966 (djvu)
- de Boer J. Wprowadzenie do fizyki molekularnej i termodynamiki. M.: IL, 1962 (djvu)
- de Groot S.R. Termodynamika procesów nieodwracalnych. M.: GITTL, 1956 (djvu)
- de Groot S., Mazur P. Termodynamika nierównowagowa. M.: Mir, 1964 (djvu)
- Detlaf A.A., Yavorsky B.M., Milkovskaya L.B. Kurs fizyki. Tom 1. Mechanika. Podstawy fizyki molekularnej i termodynamiki (wydanie 4). M.: Szkoła wyższa, 1973 (djvu)
- Gyarmati I. Termodynamika nierównowagowa. Teoria pola i zasady wariacyjne. M.: Mir, 1974 (djvu)
- Zalewski K. Termodynamika fenomenologiczna i statystyczna. Krótki cykl wykładów. M.: Mir, 1973 (djvu)
- Zeldovich Ya.B., Barenblatt G.I., Librovich V.B., Makhviladze G.M. Matematyczna teoria spalania i eksplozji. M.: Nauka, 1980 (djvu)
- Zeldovich Ya.B., Raiser Yu.P. Fizyka fal uderzeniowych i wysokotemperaturowych zjawisk hydrodynamicznych (wyd. 2). M.: Nauka, 1966 (djvu)
- Zisman G.A., Todes O.M. Ogólny kurs fizyki. Tom 1. Mechanika, fizyka molekularna, wibracje i fale (wydanie 6). M.: Nauka, 1974 (djvu)
- Sommerfeld A. Termodynamika i fizyka statystyczna. M.: IL, 1955 (djvu)
- Zubarew D.N. Nierównowagowa termodynamika statystyczna. M.: Nauka, 1971 (djvu)
- Iveronova V.I. (red.) Warsztat fizyczny. Mechanika i fizyka molekularna (wyd. 2). M.: Nauka, 1967 (djvu)
- Ios G. Kurs fizyki teoretycznej. Część 2. Termodynamika. Fizyka statystyczna. Teoria kwantowa. Fizyka nuklearna. M.: Edukacja, 1964 (djvu)
- Carleman T. Matematyczne problemy kinetycznej teorii gazów. M.: IL, 1960 (djvu)
- Kikoin A.K., Kikoin I.K. Ogólny kurs fizyki. Fizyka Molekularna (bud. II). M.: Nauka, 1976 (djvu)
- Kittel Ch. Termodynamika statystyczna. M: Nauka, 1977 (djvu)
- Kozlov V.V. Równowaga termiczna według Gibbsa i Poincarégo. Moskwa-Iżewsk: Instytut Badań Komputerowych, 2002 (djvu)
- Krichevsky I.R. Pojęcia i podstawy termodynamiki (wyd. 2) M.: Khimiya, 1970 (djvu)
- Kubo R. Termodynamika. M.: Mir, 1970 (djvu)
- Kudryavtsev B.B. Kurs fizyki: Fizyka cieplna i molekularna (wydanie II). M.: Edukacja, 1965 (djvu)
- Landau L.D., Akhiezer AI, Lifshits E.M. Kurs fizyki ogólnej: Mechanika. Fizyka molekularna. M.: Nauka, 1965 (djvu)
- Landsberg P. (red.) Problemy termodynamiki i fizyki statystycznej. M.: Mir, 1974 (djvu)
- Leonova V.F. Termodynamika. M.: Wyżej. szkoła, 1968 (djvu)
- March N., Tosi M. Ruch atomów cieczy. M.: Metalurgia, 1980 (djvu)
- Meleshko L.O. Fizyka molekularna i wprowadzenie do termodynamiki. Mn.: Vysh. szkoła, 1977 (djvu)
- Mikryukov V.E. Kurs termodynamiki (wyd. 3) M.: Uchpedgiz, 1960 (djvu)
- Munster A. Termodynamika chemiczna. M.: Mir, 1971 (djvu)
- Nozdrev V.F. Kurs termodynamiki (wyd. 2) M.: Oświecenie, 1967 (djvu)
- Ono S., Kondo S. Molekularna teoria napięcia powierzchniowego w cieczach. M.: IL, 1963 (djvu)
- Ochelkov Yu.P., Prilutsky O.F., Rosenthal I.L., Usov V.V. Relatywistyczna kinetyka i hydrodynamika. M.: Atomizdat, 1979 (djvu)
- Planck M. Wprowadzenie do fizyki teoretycznej. Część 5. Teoria ciepła. M.-L.: ONTI, 1935 (djvu)
- Paul R.V. Mechanika, akustyka i badanie ciepła. M.: GITTL, 1957 (djvu)
- Putiłow K.A. Kurs fizyki. Tom 1. Mechanika. Akustyka. Fizyka molekularna. Termodynamika (wydanie 11). M.: GIFML, 1963 (djvu)
- Putiłow K.A. Termodynamika. M.: Nauka, 1971 (djvu)
- Raduszkiewicz L.W. Kurs termodynamiki. M.: Edukacja, 1971 (djvu)
- Rauschenbach B.V. Spalanie wibracyjne. M.: GIFML, 1961 (djvu)
- Rezibois P., De Lehner M. Klasyczna teoria kinetyczna cieczy i gazów. M.: Mir, 1980 (djvu)
- Rumer Yu.B., Ryvkin M.Sh. Termodynamika, fizyka statystyczna i kinetyka. M.: Nauka, 1972 (djvu)
- Rumer Yu.B., Ryvkin M.Sh. Termodynamika, fizyka statystyczna i kinetyka (wyd. 2). M.: Nauka, 1977
L.I.Lavrov, O.N.Krukovsky, A.V.Markov, E.A.Tomiltsev
TERMODYNAMIKA TECHNICZNA
SYNTEZA W Petersburgu
UDC 66.02 F 912
Recenzent:
Głowa Katedra Podstaw Teoretycznych Inżynierii Chemicznej, Państwowy Instytut Technologiczny w Petersburgu, doktor inżynier. Nauki, prof. N.A. Martsulewicz
edukacja korespondencyjna. - Zestaw narzędzi. – St. Petersburg, Państwowy Uniwersytet Techniczny w Petersburgu (TU), 2009.- il. 42, bibliogr. 5 tytułów - 116 s.
ISBN 5–93808–039–8
Podręcznik metodyczny przeznaczony jest dla studentów kierunków nieenergetycznych kształcących się na odległość, w którym przedstawiono podstawowe prawa energetyczne w procesach gazów doskonałych i rzeczywistych; rozważana jest eksploatacja maszyn szeroko stosowanych w przemyśle chemicznym – sprężarek, agregatów chłodniczych; podstawy działania bloku energetycznego elektrowni cieplnych.
Podręcznik odpowiada programowi pracy „Termodynamika techniczna i ciepłownictwo” dla studentów kierunków chemicznych, technologicznych i mechanicznych.
F 2802000000–007 Bez zapowiedzi.
Wprowadzenie…………………………………………………………………………………… 5
1. Układ termodynamiczny…………………………………………………………… 6
1.1. Prawo zachowania energii…………………………………………………….. 8
1.2. Idealizacje w termodynamice……………………………………….. 12
2. Politropowe procesy gazu doskonałego ……………………………….. 16
2.1. Równanie stanu i pierwsza zasada termodynamiki…………….. 16
2.2. Równania procesów politropowych ………………………………….. 25
2.3. Obliczanie entropii i jej zmian w procesach gazu doskonałego….. 31
2.4. Analiza procesów za pomocą diagramówр-v i Т-s……………………….. 33
3. Cykle…………………………………………………………………………… 37
3.1. Cykl Carnota……………………………………………………….. 40
3.2. Wnioski wynikające z cyklu Carnota……………………………. 42
4. Druga zasada termodynamiki…………………………………………… 46
4.1. Formuły, znaczenie i wyrażenie matematyczne............................ 46
4.2. Zmiana entropii w szczególnych przypadkach procesów nieodwracalnych ... 53
5. Metoda funkcji termodynamicznych………………………………… 58
6. Egzergia metoda analizy…………………………………………… 60
6.1. Obliczanie egzergii i jej zmian w procesach……………………….. 60
6.2. Efektywność egzergetyczna ……………………………………………… 64
7. Gaz prawdziwy……………………………………………………………………………… 66
7.1. Parametry i funkcje termodynamiczne gazów rzeczywistych………. 66
7.2. Schematy gazów rzeczywistych………………………………………… 71
7.3. Obliczenia procesów gazów rzeczywistych………………………………… 74
7.4. Przemiany fazowe ……………………………………………… 78
7.4.1. Clapeyron – Równania Clausiusa ………………………….. 80
7.4.2. Formy całkowe równania Clapeyrona – Clausiusa… 82
7,5. Pełne diagramy stanów……………………………………………………………...83
8. Sprężanie gazu w sprężarce ………………………………………………. 86
8.1. Sprężarka jednostopniowa ……………………………………… 86
8.2. Cechy prawdziwego kompresora..……………………………… 93
8.3. Sprężarka wielostopniowa………………………………………. 97
9. Urządzenia do sprężania pary chłodniczej ………………………… 102
9.1. Główne typy cykli chłodniczych i wzory obliczeniowe……….. 103
10. Teoretyczny cykl bloku energetycznego elektrowni cieplnej
(cykl Rankine’a)………………………………………………………… 111 Literatura…………………………………………………… … …………… 116
Wstęp
Termodynamika to nauka o energii i przemianach energetycznych. W podstawach, jak sama nazwa wskazuje, uwzględnia przemianę ciepła w energię mechaniczną, w energię ruchu, która reprezentuje główny kierunek wszelkiej energii: działanie silników, jednostek napędowych z konwersją energii mechanicznej na energię elektryczną , a także inne maszyny cieplne - chłodnictwo, pompy ciepła, sprężarki oraz różne maszyny i urządzenia z kosztami pracy i zużyciem ciepła - piece, reaktory. Rozważono teoretyczne podstawy procesów zachodzących w tych maszynach
termodynamika techniczna.
Jednakże wszelkie inne formy energii i ich wzajemne przemiany zawsze mają składowe termiczne i mechaniczne, dlatego różne rodzaje przemian energii często nazywane są termodynamicznymi, to znaczy terminy termodynamika i energia są w zasadzie równoważne. Stąd zastosowanie praw termodynamiki w różnych procesach dało podstawę do powstania szeregu nauk, zarówno o szerokim zakresie: termodynamika fizyczna, termodynamika chemiczna, termodynamika bioukładów, jak i węższym o charakterze: termodynamika polimerów, termodynamika zjawiska powierzchniowe, termodynamika promieniowania, termodynamika spalania itp.
Wstępne podstawowe pojęcia dotyczące przemian energii i działania silników cieplnych dają podstawy termodynamiki technicznej, omawianej w prezentowanym krótkim wykładzie.
1. UKŁAD TERMODYNAMICZNY
Ciało lub zbiór ciał będący przedmiotem badań termodynamicznych nazywa się układ termodynamiczny. Zatem każdy obiekt o pewnych granicach, który można przedstawić nawet mentalnie, można nazwać układem termodynamicznym. W termodynamice technicznej za układ początkowy uważa się płyn roboczy (na przykład gaz znajdujący się w cylindrze z tłokiem). W szerszym znaczeniu może to być maszyna, aparatura, reaktor itp. Stan systemu odzwierciedla zestaw wskaźników numerycznych zwanych parametrami.
Systemy materialne zawsze zawierają pewną ilość materii - masa i energia, który jest rozprowadzany w określony sposób, tworząc pole energetyczne. Nierównomierny rozkład energii powoduje przepływy energii i materii. Dlatego układ termodynamiczny zawsze znajduje się pod wpływem różnych pól energetycznych, powodując wymianę energii poza granicami układu. Kiedy system wymienia materię i energię z otoczeniem lub innym systemem, następuje zmiana wszystkich lub niektórych jego parametrów, tzw proces termodynamiczny. Jednocześnie zawsze obecne są dwie formy wymiany energii - to ciepło i praca mechaniczne siły odkształcenia, ponieważ każdy system znajduje się pod pewnym ciśnieniem i w określonej temperaturze otoczenia. Pod tym względem uważa się, że najprostszym układem termodynamicznym jest układ termomechaniczny, których interakcja z otoczeniem polega na wymianie ciepła i pracy.
Termodynamika, jako nauka o wzajemnej przemianie energii z jednej formy w drugą, zwraca przede wszystkim uwagę na przemianę ciepła w pracę mechaniczną, jako główną formę energii wykorzystywaną w transporcie, do wytwarzania energii elektrycznej, do produkcji produktów,
Takie właściwości mają gazy i pary, które są głównym przedmiotem badań termodynamiki. Ich właściwości i wzorce procesów leżą u podstaw rozwoju maszyn i urządzeń, w inżynierii i różnych technologiach.
W przemyśle chemicznym takimi maszynami są np. agregaty chłodnicze, kompresory i urządzenia różnych technologii. We wszystkich procesach w nich zachodzących obserwuje się wzajemne przemiany energii. Analizy i obliczenia energetyczne tych urządzeń są podstawą ich rozwoju i doskonalenia.
W rzeczywistości systemy mogą być znacznie bardziej złożone, zlokalizowane w różnych polach energetycznych i oddziałujące z nimi.
Układy dzielimy na układy zamknięte, które wymieniają z otoczeniem jedynie energię w różnej postaci, oraz układy otwarte, które wymieniają także materię z otoczeniem.
Układy, które nie wymieniają ciepła, nazywane są izolowane termicznie lub adiabatyczny. W przypadku braku jakichkolwiek interakcji systemy nazywane są izolowanymi.
Środowisko często wyposażony w właściwości termostatu, czyli to
parametry pozostają stałe, nawet jeśli parametry systemu ulegną zmianie. Jest to fizycznie możliwe, jeśli ilość substancji w środowisku jest znacznie większa niż w układzie, a interakcja istotna dla układu nie jest istotna dla środowiska. Jeśli system i jego otoczenie nie wchodzą w interakcję z innymi systemami i dlatego tworzą izolowany system, wówczas nazywa się go hipersystemem.
1.1. Prawo zachowania energii
Uniwersalne prawo energii, reprezentujące wyniki ogromnego doświadczenia, to prawo, które stwierdza, że energia nie znika ani nie pojawia się, lecz może przechodzić z jednego rodzaju do drugiego jedynie w równoważnych ilościach, co nazywa się prawo zachowania energii. To uniwersalne prawo natury, które zasadniczo ustala bilanse energetyczne, ma zastosowanie i jest sprawiedliwe dla każdego systemu oraz umożliwia przeprowadzanie obliczeń.
W W zależności od systemów i warunków prawo to można wyrazić za pomocą różnych równań. Można to przedstawić zarówno za pomocą bilansów jednego rodzaju energii - bilansu cieplnego, bilansu energii mechanicznej itp., jak i równań z wzajemnymi konwersjami różnych rodzajów energii.
W W zastosowaniu do układów termodynamicznych prawo to jest zwykle nazywane pierwsza zasada (lub pierwsza zasada) termodynamiki:
to znaczy energia kinetyczna ruchu całego układu jako całości jest uzupełniana. Pierwsza zasada termodynamiki, a także zasada zachowania energii, została sformułowana w połowie XIX wieku w wyniku prac Yu.R. Mayera,
J. Joule i G. Helmholtz.
W szerszej interpretacji praca A może oznaczać pracę różnych form energii, działanie różnych pól energetycznych,
parametry – potencjał Pi i współrzędna X i (lub wielkości intensywne i ekstensywne).
Iloczyn potencjału i zmiany współrzędnej wyraża tego rodzaju wpływ energii, dlatego można przedstawić równanie pierwszej zasady
δQ = dU + ∑Р i dХ I |
Energia wewnętrzna, jako suma energii kinetycznej i potencjalnej całego zbioru cząstek tworzących układ, jest funkcją stanu, jej zmiany nie zależą od drogi przejścia, a jej wartość reprezentuje różnicę zupełną.
Ciepło i praca różnego rodzaju zależą od drogi przejścia płynu roboczego z jednego stanu do drugiego i dlatego są funkcjami procesu, bez pełnego mechanizmu różnicowego.
Te cechy wielkości termodynamicznych procesów znajdują odzwierciedlenie w równaniach różniczkowych, aby odróżnić je od różnic całkowitych innym oznaczeniem literowym wielkości nieskończenie małej zmiany - „δ”:
δQ = dU + ∑ δAi (1,6)
W prostym układzie termomechanicznym praca oznacza pracę sił odkształcających wykonaną pod działaniem równomiernie rozłożonego ciśnienia (praca rozprężania lub ściskania), którego potencjałem jest ciśnienie p, a współrzędną jest objętość V. W termodynamice technicznej praca ta jest zwykle oznaczana jako L.
W przypadku układu termomechanicznego pierwsza zasada termodynamiki zostanie wyrażona:
Rozbudowane parametry i ilości proporcjonalne do ilości