BÀI GIẢNG SỐ 1
ĐỊNH NGHĨA NĂNG LƯỢNG VÀ CÁC LOẠI CỦA NÓ.
NHIỆT ĐỘNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CỦA NÓ.
HỆ THỐNG NHIỆT ĐỘNG.
Kỹ thuật nhiệt – một ngành kỹ thuật chung nghiên cứu các phương pháp thu, chuyển đổi, truyền và sử dụng nhiệt, cũng như các nguyên lý hoạt động và tính năng thiết kế của máy tạo nhiệt và hơi nước, động cơ nhiệt, thiết bị và thiết bị.
Nhiệt động lực học ( thành phần kỹ thuật nhiệt) nghiên cứu các quy luật biến đổi năng lượng ở nhiều dạng khác nhau. quá trình vật lý và hóa học, xảy ra trong các hệ vĩ mô và kèm theo các hiệu ứng nhiệt.
Nhiều loại năng lượng khác nhau đã được biết đến: nhiệt, điện, hóa học, từ tính, v.v. Nhiệm vụ nghiên cứu có thể khác nhau - đó là nhiệt động lực học của hệ sinh học, nhiệt động lực học kỹ thuật, v.v. Chúng tôi quan tâm đến nhiệt động lực học kỹ thuật, nghiên cứu các mô hình chuyển đổi lẫn nhau của năng lượng nhiệt và cơ học (cùng với lý thuyết truyền nhiệt) và do đó là nền tảng lý thuyết của kỹ thuật nhiệt. Nếu không có nền tảng lý thuyết này thì không thể tính toán và thiết kế được động cơ nhiệt
Phương pháp nhiệt động lực học là hiện tượng học. Hiện tượng này được coi là một tổng thể. Mối liên hệ giữa các tham số vĩ mô quyết định hoạt động của hệ thống được thiết lập theo hai nguyên lý nhiệt động lực học. Hệ nhiệt động đại diện cho một bộ sưu tập cơ thể vật chất, tương tác cơ và nhiệt với nhau và với các vật thể bên ngoài bao quanh hệ thống.
Trạng thái nhiệt động của một vật thể (ví dụ, chất khí) được đặc trưng bởi khối lượng, khối lượng mol μ, áp suất, thể tích, nhiệt độ (và có thể cả các đại lượng khác, ví dụ, những đại lượng xác định nó thành phần hóa học). Tất cả những đại lượng này được gọi là thông số nhiệt động của cơ thể. Tuy nhiên, như sẽ thấy từ những gì sau đây, các thông số như , chỉ có ý nghĩa khi vật thể, ít nhất là gần đúng, ở trạng thái được gọi là trạng thái cân bằng nhiệt động lực học (v.v.). Đây là tên của tiểu bang nơi mọi thứ thông số nhiệt động không đổi theo thời gian (điều này cần được bổ sung thêm điều kiện không có dòng chảy cố định). Ví dụ, nếu bạn làm nóng khí nhanh chóng, như trong Hình. 9.1, nhiệt độ của phần được làm nóng trực tiếp của bình A sẽ cao hơn nhiệt độ của phần B. Áp suất ở phần A và B sẽ không bằng nhau, khái niệm nhiệt độ hoặc áp suất của toàn bộ khí không bằng nhau. có ý nghĩa. Một ví dụ khác là cho một chùm phân tử chuyển động nhanh vào chất khí. Rõ ràng là sẽ vô nghĩa khi nói về nhiệt độ của chất khí cho đến khi các phân tử nhanh, do một loạt va chạm với các phân tử khác, thu được vận tốc cỡ tốc độ trung bình nói cách khác là các phân tử còn lại cho đến khi hệ thống đạt đến trạng thái v.v.
Trong một điều kiện vv. đối với mỗi chất, các thông số nhiệt động có liên quan với nhau bằng phương trình trạng thái:
Ở đây R=8,31 J/(molK) là hằng số khí phổ quát, μ - khối lượng mol. Đối với carbon (C) giá trị của μ là 12g, đối với hydro (H2) - 2g, đối với oxy (O2) - 32g, đối với nước (H2O) - 18g, v.v.
Một mol của bất kỳ chất nào cũng chứa cùng số phân tử N0, gọi là số Avogadro:
Tỷ số của hằng số khí phổ R với số Avogadro (tức là hằng số khí phổ quát trên mỗi phân tử) được gọi là hằng số Boltzmann:
Khí lý tưởng là khí loãng đến mức nó tuân theo phương trình (1.2) hoặc (1.6). Ý nghĩa của định nghĩa này rõ ràng là để tuân theo phương trình (1.6), khí phải đủ loãng. Ngược lại, nếu khí được nén đến mức đủ mật độ cao(gọi là khí thực), thì thay vì (1.6) ta có
Sự lựa chọn hệ nhiệt động tùy ý. Sự lựa chọn được quyết định bởi các điều kiện của vấn đề đang được giải quyết. Các đối tượng không có trong hệ thống là môi trường. Việc tách biệt hệ nhiệt động và môi trường được thực hiện bởi bề mặt điều khiển. Vì vậy, ví dụ, đối với hệ thống nhiệt động đơn giản nhất là xi lanh-khí-piston, môi trường bên ngoài là không khí xung quanh, và bề mặt điều khiển là vỏ xi lanh và piston. Tương tác cơ và nhiệt của hệ nhiệt động được thực hiện thông qua các bề mặt điều khiển.
Trong quá trình tương tác cơ học của chính hệ thống hoặc trên nó, công việc được thực hiện. Cần lưu ý: công việc cũng có thể được thực hiện dưới sự tác động của người khác. điện-điện, từ tính.
Xem xét một ví dụ với hệ thống xi lanh-piston, chúng ta có thể lưu ý những điều sau: công việc cơ khíđược tạo ra khi piston chuyển động và kèm theo sự thay đổi về thể tích. Tương tác nhiệt bao gồm sự truyền nhiệt giữa các phần riêng lẻ của hệ thống và giữa hệ thống và môi trường. Trong ví dụ đang xem xét, nhiệt có thể được cung cấp cho chất khí qua thành xi lanh. Đối với một hệ nhiệt động mở, sự trao đổi xảy ra với môi trường và vật chất (các quá trình truyền khối). Trong phần tiếp theo chúng ta sẽ xem xét các hệ thống nhiệt động khép kín. Nếu hệ được cách nhiệt thì chúng ta gọi nó là đoạn nhiệt, chẳng hạn như chất khí trong bình có khả năng cách nhiệt lý tưởng. Hệ thống như vậy không trao đổi nhiệt hoặc vật chất với môi trường và được gọi là đóng cửa (bị cô lập).
Việc chuyển nhiệt thành công và ngược lại, công thành nhiệt được thực hiện bởi các hệ khí và hơi, chúng được gọi là chất lỏng công tác.
Các nhà khoa học Nga đã có đóng góp to lớn cho sự phát triển nhiệt động lực học như một môn khoa học: M.V. Lomonosov - xác định bản chất của nhiệt là chuyển động bên trong của vật chất, ngoài ra, ông còn xác định bản chất của các định luật nhiệt động lực học được phát triển sau đó, một trăm năm trước Clausius (1850), đưa ra nội dung của định luật nhiệt động thứ hai, định lượngđược Lomonosov đưa ra trong hai tác phẩm của ông vào năm 1750 và 1760. Chúng ta có thể kể đến G.G. Hess (1840), người đã thiết lập luật về hiệu ứng nhiệt phản ứng hóa học, giáo sư. Schiller N.N. (Đại học Kiev) - đưa ra cách chứng minh chặt chẽ hơn định luật thứ hai nhiệt động lực học, GS. Afanasyeva-Erenfest T.A. lần đầu tiên cho thấy tính khả thi của việc giải thích riêng định luật thứ hai của nhiệt động lực học cho các quá trình cân bằng và không cân bằng. Nghiên cứu về mặt lý thuyết và ứng dụng được thực hiện bởi các nhà khoa học MVTU V.I. Grinevetsky, K.V. Kirsh, N.I. Mertsalov, L.K Ramzin, B.M. Cuốn sách giáo khoa đầu tiên của Liên Xô về nhiệt động lực học được viết bởi B.M. Các nhà khoa học VTI, MPEI Vukalovich M.P., Kirillin V.A., Novikov I.I., Timrot D.A., Vargaftik N.B. đã tiến hành nghiên cứu sâu rộng để thu được dữ liệu mới về tính chất vật lý nhiệt của một số chất lỏng hoạt động mới. Trong số các nhà khoa học nước ngoài, Sadi Carnot, R. Stirling, R. Mayer, Clausius, Helmholtz, Joule, Thomson, Reynolds và những người khác đã có đóng góp to lớn cho sự phát triển của nhiệt động lực học. Carnot vào năm 1816, đã được cấp bằng sáng chế cho một chiếc máy tạo ra công việc nhờ không khí nóng.
Mục 1. Nhiệt động lực học.
Giới thiệu.
Nguyên tắc cơ bản của nhiệt động lực học kỹ thuật.
Sự an toàn quy trình công nghệ và cơ sở sản xuất vận tải hàng không V. theo nghĩa hẹp có nghĩa là đảm bảo an toàn bay (FS), thường có nghĩa là năng lực hệ thống vận tải hàng không(toàn bộ máy bay (máy bay, trực thăng), phi hành đoàn, dịch vụ chuẩn bị và hỗ trợ chuyến bay, kiểm soát giao thông hàng không) thực hiện vận chuyển hàng không không đe dọa đến tính mạng, sức khỏe của con người.
Kết quả chuyến bay bị ảnh hưởng số lượng lớn các yếu tố có mô hình xuất hiện rất phức tạp và được nghiên cứu trong khoa học khác nhau: kỹ thuật nhiệt, động lực học khí, lý thuyết động cơ máy bay vân vân.
Nhiệt động lực học, là một phần vật lý lý thuyết, đại diện cho một trong những lĩnh vực rộng lớn nhất khoa học tự nhiên hiện đại- khoa học về sự biến đổi nhiều loại năng lượng vào nhau. Khoa học này nghiên cứu nhiều hiện tượng tự nhiên và bao trùm một phạm vi rộng lớn các hiện tượng hóa học, cơ học và hóa lý.
Kỹ thuật nhiệt– chuyên ngành chung (kỹ thuật tổng quát) nghiên cứu các phương pháp thu, chuyển đổi, truyền và sử dụng nhiệt, và cả nguyên lý hoạt động và quy trình làm việc của động cơ, thiết bị nhiệt vân vân. Kỹ thuật nhiệt dựa trên thông tin từ nhiệt động lực học kỹ thuật, truyền nhiệt và truyền khối.
Nhiệt động lực học kỹ thuật nghiên cứu các mô hình biến đổi lẫn nhau của năng lượng nhiệt và cơ học và(cùng với lý thuyết truyền nhiệt và truyền khối) Cơ sở lý thuyết của kỹ thuật nhiệt. Trên cơ sở đó, việc tính toán và thiết kế các động cơ nhiệt - tua bin hơi nước và khí, động cơ - được thực hiện. đốt trong, cũng như tất cả các loại thiết bị công nghệ - máy nén, máy sấy và đơn vị làm lạnh vân vân.
Động lực học khí nghiên cứu các hệ nhiệt động mở, trong đó chất lỏng làm việc đại diện cho một dòng khí. Dựa trên các định đề và kết luận của động lực học khí, việc thiết kế các kênh, cánh máy tuabin và các thiết bị khác được thực hiện.
Lý thuyết về động cơ máy bay nghiên cứu mạch điện, nguyên lý hoạt động nhiều loạiđộng cơ tua-bin khí và động cơ piston (GTE và PD) và các bộ phận của chúng, cũng như đặc tính hiệu suất GTE và PD và các phần tử của chúng. GTE được sử dụng rộng rãi trong hàng không dân dụng do họ công suất cao với kích thước và trọng lượng nhỏ, đồng thời do sử dụng các loại nhiên liệu rẻ tiền (dầu hỏa).
Kỷ luật học tập"Nhiệt động lực học và truyền nhiệt" là phần không thể thiếu chương trình giảng dạyđào tạo kỹ sư cơ khí chuyên ngành " Vận hành kỹ thuật phi cơ và động cơ máy bay" cho mọi hình thức đào tạo. Bộ môn gồm có hai phần độc lập:
Kỹ thuật nhiệt động lực học;
Truyền nhiệt.
Nhiệt động lực học kỹ thuật là một phần của nhiệt động lực học - một nhánh của vật lý lý thuyết. Sự vật nghiên cứu về nhiệt động lực học kỹ thuật động cơ máy bay – động cơ nhiệt, trong đó nghiên cứu các mô hình biến đổi lẫn nhau của nhiệt thành công, mối quan hệ giữa nhiệt, cơ và quá trình hóa học diễn ra trong động cơ nhiệt.
Nhiệt động lực học kỹ thuật bắt đầu phát triển vào những năm 20 thế kỷ 19, nhưng, mặc dù còn khá trẻ nhưng hiện tại nó xứng đáng chiếm một trong những địa điểm trung tâm giữa các môn vật lý và kỹ thuật.
Trong phần lý thuyết, nhiệt động lực học kỹ thuật là khoa tổng hợp, khoa học năng lượng và trong phần ứng dụng, nó đại diện cho nền tảng lý thuyết của tất cả các kỹ thuật nhiệt, nghiên cứu các quá trình xảy ra trong động cơ nhiệt.
Trong nhiệt động lực học, hai phương pháp nghiên cứu được sử dụng: phương pháp các quá trình tuần hoàn và phương pháp hàm nhiệt động lực học và các cấu trúc hình học. Phương pháp thứ hai đã được phát triển và trình bày trong các tác phẩm kinh điển của Gibbs. Phương pháp này nhận được cho gần đây rộng rãi.
Vào đầu thứ hai một nửa thế kỷ XVIII V. Một vấn đề kỹ thuật rất quan trọng đã được giải quyết - một động cơ nhiệt phổ dụng cho công nghiệp và giao thông đã được tạo ra. Động cơ hơi nước đầu tiên được phát minh bởi kỹ sư người Nga I. I. Polzunov. Nó được xây dựng sau khi ông qua đời vào năm 1766, tức là gần 20 năm trước khi có động cơ hơi nước của James Watt. I. I. Polzunov không chỉ tạo ra động cơ hơi nước đầu tiên trên thế giới mà còn phát minh ra thiết bị chuyển mạch cho nó và là người đầu tiên tự động cung cấp năng lượng cho nồi hơi.
Cho đến những năm 50 của thế kỷ 19, khoa học coi nhiệt là một chất đặc biệt, không trọng lượng, không thể phá hủy và không sinh ra - calo. Một trong những người đầu tiên bác bỏ lý thuyết này là M.V. Năm 1744, trong luận văn “Những suy ngẫm về nguyên nhân nóng và lạnh”, ông viết rằng nhiệt bao gồm chuyển động nội tại vật chất của chính nó và chỉ ra rằng lửa và nhiệt bao gồm chuyển động quay của các hạt tạo nên mọi vật thể. Vì vậy, trong các tác phẩm của mình, M.V. Lomonosov đã đặt nền móng cho lý thuyết cơ học về nhiệt. Tuy nhiên, Lomonosov không được những người đương thời hiểu rõ. Trong một thời gian dài, các nhà vật lý tiếp tục nói về calo. Chỉ đến giữa thế kỷ 19. Lý thuyết cơ học về nhiệt, là kết quả công trình của một số nhà khoa học, đã được thừa nhận rộng rãi và trở thành cơ sở của mọi nhiệt động lực học.
Truyền nhiệt là môn khoa học nghiên cứu các quá trình truyền nhiệt (trao đổi nhiệt) trong không gian với trường nhiệt độ không đồng đều. Tùy theo tính chất truyền nhiệt, truyền nhiệt có thể được gọi là độ dẫn nhiệt(ví dụ, xuyên qua các bức tường của nhà ở), sự đối lưu(ví dụ, khi làm mát cánh tuabin bằng không khí) và bức xạ(ví dụ khi hỗn hợp nhiên liệu-không khí cháy từ ngọn lửa đến thành ống lửa trong buồng đốt).
Nhiệt động lực học kỹ thuật, áp dụng các định luật cơ bản vào các quá trình chuyển nhiệt thành công cơ học và công cơ thành nhiệt, giúp phát triển lý thuyết về động cơ nhiệt, nghiên cứu các quá trình xảy ra trong chúng và có thể xác định hiệu suất của chúng đối với từng động cơ nhiệt. gõ riêng.
Cuốn sách phác thảo các nguyên tắc cơ bản của nhiệt động lực học kỹ thuật và truyền nhiệt.
Phần đầu tiên trình bày các định luật nhiệt động lực học và ứng dụng của chúng vào việc phân tích các chu trình của động cơ nhiệt, tua bin khí, tua bin hơi nước và các thiết bị làm lạnh, v.v.
Phần thứ hai trình bày cơ sở vật lý của quá trình truyền nhiệt. Được xem xét phương pháp cơ bản truyền nhiệt. Ứng dụng được phác thảo ngắn gọn lý thuyết tổng quát truyền nhiệt và truyền khối để nghiên cứu các quá trình trong vật thể xốp- mao mạch keo ướt.
Cuốn sách mang lại câu hỏi kiểm soát và một số vấn đề đã được giải quyết. Cuốn sách được viết bằng Hệ thống đơn vị quốc tế (SI).
Phần một NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT
Chương I GIỚI THIỆU
§ 1-1. Năng lượng và tầm quan trọng của nó trong cuộc sống kinh tế quốc dân Liên Xô
Từ những ngày đầu tiên của cuộc đời nhà nước Xô Viết Đảng cộng sản Liên Xô đã đưa tầm quan trọng lớn thực hiện học thuyết điện khí hoá đất nước của Lênin.
Lênin nói: “Chủ nghĩa cộng sản là quyền lực của Liên Xô cộng với điện khí hóa toàn quốc”, do đó tư tưởng của Lênin về điện khí hóa toàn diện là cốt lõi của toàn bộ chương trình, xây dựng nền kinh tế xã hội chủ nghĩa.
MỤC LỤC
Lời nói đầu cho lần xuất bản thứ hai.
Lời nói đầu cho lần xuất bản đầu tiên.
Phần một. Nhiệt động lực học kỹ thuật
Chương 1. Giới thiệu.
Chương II. phương trình trạng thái khí lý tưởng.
Chương III. Hỗn hợp các khí lý tưởng.
Chương IV. Khí thực.
Chương V. Định luật thứ nhất của nhiệt động lực học.
Chương VI. Nhiệt dung của chất khí. Entropy.
Chương VII. Các quá trình nhiệt động học của khí lý tưởng.
Chương VIII. Định luật thứ hai của nhiệt động lực học.
Chương IX. Chức năng đặc trưng và thế năng nhiệt động. Sự cân bằng của các hệ thống.
Chương X phương trình vi phân nhiệt động lực học.
Chương XI. Hơi nước
Chương XII. Các quá trình nhiệt động cơ bản của hơi nước.
Chương XIII. Sự phát thải khí và hơi.
Chương XIV. Điều tiết khí và hơi. Trộn các chất khí.
Chương XV. Không khí ẩm ướt.
Chương XVII. Chu trình của động cơ đốt trong.
Chương XVIII. Chu trình của các đơn vị tuabin khí và động cơ phản lực.
Chương XIX. Chu trình của nhà máy tua bin hơi nước.
Chương XX. Chu kỳ nhà máy điện hạt nhân, nhà máy khí hơi nước và từ thủy động lực học.
Chương XXI. Chu kỳ làm lạnh.
Phần hai. Truyền nhiệt
Chương XXII. Nguyên tắc cơ bản của tính dẫn nhiệt.
Chương XXIII. Độ dẫn nhiệt ở trạng thái ổn định và điều kiện biên loại đầu tiên.
Chương XXIV. Độ dẫn nhiệt trong điều kiện đứng yên và điều kiện biên loại thứ ba. Hệ số truyền nhiệt.
Chương XXV. Độ dẫn nhiệt trong điều kiện không ổn định.
Chương XXVII. Truyền nhiệt đối lưu trong dòng chất lỏng cưỡng bức và tự do.
Chương XXVIII. Truyền nhiệt khi thay đổi trạng thái tập hợp chất.
Chương XXIX. Truyền nhiệt bằng bức xạ.
Chương XXX. Bộ trao đổi nhiệt.
Chương XXXI. Truyền nhiệt và truyền khối trong vật ướt.
Ứng dụng.
Văn học.
Tải xuống miễn phí sách điện tửở dạng thuận tiện, hãy xem và đọc:
Tải sách Nhiệt động lực học kỹ thuật và truyền nhiệt, Nashchokin V.V., 1975 - fileskachat.com, tải nhanh và miễn phí.
Tải về djvu
Dưới đây bạn có thể mua cuốn sách này với mức giá tốt nhất với mức giảm giá khi giao hàng trên khắp nước Nga.
1 DK 536.7(07) + 536.24 Người phản biện: Cục Kỹ thuật Nhiệt và Nhà máy Nhiệt điện St. Petersburg đại học tiểu bangĐường sắt (Tiến sĩ Khoa học Kỹ thuật, Giáo sư I.G. Kiselev), Giáo sư B.S. Fokin (JSC NPO "TsKTI im. I.I. Polzunov") Sapozhnikov S.Z., Kitanin E.L. Nhiệt động lực học kỹ thuật và truyền nhiệt: Sách giáo khoa cho các trường đại học. St. Petersburg: Nhà xuất bản Đại học Kỹ thuật Bang St. Petersburg, 1999. 319 tr. ISBN 5-7422-0098-6 Trình bày các nguyên tắc cơ bản của nhiệt động lực học kỹ thuật và truyền nhiệt. Trình bày các nguyên lý nhiệt động lực học, phương pháp tính toán các quá trình nhiệt động với khí lý tưởng và với chất lỏng thực làm việc, các chu trình của nhà máy điện, máy lạnh và bơm nhiệt. Các quá trình dẫn nhiệt cố định và không cố định, truyền nhiệt đối lưu và truyền nhiệt bức xạ được mô tả. Những điều cơ bản về tính toán nhiệt của bộ trao đổi nhiệt được đưa ra.Được thiết kế dành cho cử nhân theo hướng 551400 “Mặt đất hệ thống giao thông" I8ВN 5-7422-0098-6 Đại học Kỹ thuật Bang St. Petersburg, 1999 Sapozhnikov S.Z., Kitanin E.L., 1999 2 MỤC LỤC Lời nói đầu............................ ................................................................. .. .... 1. NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT....................... 1.1. Đối tượng và phương pháp nhiệt động lực học kỹ thuật.... 1.2. Các khái niệm cơ bản của nhiệt động lực học................................. 1.2.1. Hệ nhiệt động lực học và các thông số nhiệt động lực học.................................................. ............ 1.2.2. Cân bằng nhiệt động và quá trình cân bằng nhiệt động.................................................. ...... 1.2.3. là chức năng của nhà nước................................................................................. ............................. 1.3.3. Enthalpy và tính chất của nó.................................................................. ...... 1.3.4. Phương trình định luật thứ nhất đối với khí lý tưởng.................................................. ........................................................... ........ 1.4. Phân tích các quá trình với khí lý tưởng.................................. 1.4.1. Quá trình đẳng áp.................................................................................. ............ 1.4. Quá trình đẳng tích................................................................................. ... 1.4 .3. Quá trình đẳng nhiệt.................................................................................. ... 1.4.4. Quá trình đoạn nhiệt................................................................................. ... 1.4.5 . Các quá trình đa hướng.................................. 1.4.6. Nén khí trong máy nén piston................................. 1.5. Định luật thứ hai nhiệt động lực học................................. 1.5.1. Các quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch................................. 1.5.2. Chu trình và hiệu suất của chúng................................................................. ...... 1.5.3. Các công thức của nguyên lý thứ hai................................. 1.5.4. Chu trình Carnot. Định lý Carnot.................................................3 1.5.5. Entropy, sự biến đổi của nó trong các quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch................................................. ............................. 1.5.6. Sơ đồ trạng thái T-s Biến đổi entropy trong quá trình khí lý tưởng.................................................. ............................................ 1.5. 7. Thang đo nhiệt độ nhiệt động lực học.... 1.6. Chu trình của động cơ đốt trong piston................................................................. ............................................ 1.6.1. Chu trình cấp nhiệt đẳng tích (chu trình Otto) 1.6.2. Chu trình có cấp nhiệt đẳng áp (chu trình Diesel) ...................................... ........................................................... ............ 1.6.3. So sánh hiệu suất của chu trình động cơ đốt trong........... 1.7. Chu trình của các tổ máy tuabin khí................................................. 1.7.1. Sơ đồ và chu trình cấp nhiệt đẳng áp. 1.7.2. Hiệu suất nhiệt của chu trình Brayton................................. 1.7.3. Chu trình tái sinh của tổ máy tuabin khí................................. 1.7.4. Hiệu suất của chu trình thực................................. 1.8. Nhiệt động lực học của chất lỏng thực công tác.................. 1.8.1. Phương trình trạng thái của khí thực.... 1.8.2. Sự thay đổi trạng thái kết tụ của một chất.... 1.8.3. Sơ đồ và bảng trạng thái.... 1.9. Chu trình của nhà máy điện hơi nước.................................................. ............ 1.9.1. Chu trình hơi Carnot................................................................. 1.9.2. Chu trình Rankine................................................................................. .... 1.10. Chu trình của máy lạnh và bơm nhiệt 1.10.1. Chu trình Carnot ngược................................................. ............ 1.10 .2. Chu trình của máy lạnh nén hơi có tăng nhiệt và tiết lưu hơi nước................................. 1.10.3. Chu trình bơm nhiệt................................................................. 1.11. Không khí ẩm................................................................................. ............... 1.11.1 Các khái niệm và định nghĩa cơ bản...... 1.11.2. Sơ đồ h–d của không khí ẩm................................. 2. TRUYỀN NHIỆT........... ................................................................. 4 2.1. Phương trình nhiệt về truyền nhiệt................................. 2.2. Độ dẫn nhiệt................................................................................................. ......... 2.2.1. Các khái niệm và định nghĩa cơ bản.. 2.2.2. Giả thuyết Bio-Fourier................................................. 2.2.3. Phương trình vi phân độ dẫn nhiệt. …………………… 2.2.4. Điều kiện duy nhất.................................. 2.2.5. Mô hình các vật thể trong bài toán dẫn nhiệt.. .... 2.3. Độ dẫn nhiệt cố định................................................. 2.3.1. Độ dẫn nhiệt của tấm, vỏ.. 2.3.2. Độ dẫn nhiệt của bề mặt vây. 2.4. Độ dẫn nhiệt không ổn định................................. 2.4.1. Độ dẫn nhiệt của vật mỏng.... 2.4.2. Độ dẫn nhiệt của thân và thanh bán giới hạn.................................................. ............ 2.4.3. Làm nóng và làm mát tấm, xi lanh và quả bóng. 2.4.4. Làm nóng và làm mát các vật thể có kích thước hữu hạn…….. 2.4.5. Chế độ nhiệt đều đặn................................. 2.5. Các phương pháp gần đúng của lý thuyết dẫn nhiệt.. 2.5.1. Tương tự nhiệt điện................................. 2.5.2. Phương pháp đồ họa................................................................. 2.5.3. Phương pháp sai phân hữu hạn................................. 2.6. Cơ bản về vật lý trên một mặt phẳng................................................................................. ..... .. 2.8.4. Truyền nhiệt trong lớp biên hỗn loạn trên bề mặt phẳng................................................. ................................. 2.8.5. Truyền nhiệt trong quá trình đối lưu cưỡng bức trong đường ống và kênh dẫn................................. 2.8.6. Nhiệt chuyển trong phần dòng chảy ổn định.................................................. 2.8 .7. Truyền nhiệt trong quá trình chảy tầng trong ống................................................................................. 2.8.8. Trao đổi nhiệt ở dòng chảy hỗn loạn trong đường ống... 2.8.9. Truyền nhiệt trong quá trình dòng chảy quanh ống và bó ống................................................. ............................. 2.8.10. Truyền nhiệt trong quá trình đối lưu tự do............ 2.8.11. Truyền nhiệt trong môi trường hóa lỏng.... 2.9. Truyền nhiệt đối lưu trong quá trình sôi và ngưng tụ.................................................. ............................. 2.9.1. Truyền nhiệt khi đun sôi................................................. 2.9.2. Trao đổi nhiệt trong quá trình ngưng tụ................................. 2.9.3. Ống dẫn nhiệt................................................................................. ........ 2.10. Truyền nhiệt bằng bức xạ.................................................................................. ..... 2.10.1. Cơ sở vật lý của bức xạ................................. 2.10.2. Tính toán truyền nhiệt bằng bức xạ.... 2.10.3. Bức xạ mặt trời................................................................. 2.10.4. Truyền nhiệt phức tạp................................................................. 2.11. Bộ trao đổi nhiệt................................................................................. ............ 2.11.1 Phân loại và mục đích........... ...... 2.11.2. Cơ sở tính toán nhiệt.................................. 2.11.3. Hiệu suất của thiết bị trao đổi nhiệt. Hệ số truyền nhiệt thực................................................. 2.11.4. Tính toán thủy lực của thiết bị trao đổi nhiệt... Tài liệu tham khảo.................................................. ........... 6 MỞ ĐẦU “Kỹ thuật nhiệt động lực học và truyền nhiệt” là một trong những học phần chính được giảng dạy cho các cử nhân ngành lĩnh vực “Hệ thống giao thông mặt đất”. Nó rất giàu thông tin và được rút ngắn về thời gian học trong 1-2 học kỳ, vì vậy hầu hết các sách giáo khoa cơ bản ít giúp ích cho sinh viên: chúng quá chi tiết, không tập trung vào phạm vi nhiệm vụ liên quan đến hệ thống giao thông, và cuối cùng là , chúng được thiết kế đơn giản cho các khóa học có khối lượng lớn hơn nhiều. Đối với các kỹ sư giao thông vận tải, điều quan trọng nhất là hiểu chủ đề và các ý tưởng cơ bản của nhiệt động lực học và truyền nhiệt, đồng thời nắm vững thuật ngữ đã được thiết lập của các ngành khoa học này. Nhất thiết phải nhớ 10-15 công thức cơ bản (như phương trình trạng thái khí lý tưởng, công thức tính truyền nhiệt qua tấm nhiều lớp, định luật Stefan-Boltzmann, v.v.). Phần thông tin còn lại, mặc dù tầm quan trọng của nó, nhưng chỉ cần được hiểu, trình bày một cách vật lý và được kết nối với các ví dụ từ các lĩnh vực khác nhau của cuộc sống và công nghệ. Vì vậy, tác giả đã cố gắng tập trung chủ yếu mặt vật chất hiện tượng đang xét và Họ đã để lại một nơi xứng đáng nhưng khiêm tốn. Các tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người phản biện - Khoa Kỹ thuật Nhiệt và Nhà máy Nhiệt điện của Đại học Giao thông Vận tải Bang St. Petersburg với con người là Tiến sĩ Tech. giáo sư khoa học I. G. Kiseleva và Ph.D. tech. PGS. V.I. Krylov, cũng như Tiến sĩ Tech. giáo sư khoa học B. S. Fokin - vì những nhận xét có giá trị giúp cải thiện văn bản gốc. Đặc biệt cảm ơn Ph.D. tech. Sciences G. G. Le Havre đã hỗ trợ rất nhiều trong việc chuẩn bị bản thảo; Cô nảy ra ý tưởng so sánh phương pháp tính toán N, ε với phương pháp tính toán truyền thống. Và tất nhiên, sự giúp đỡ trong việc thiết kế cuốn sách từ các nhân viên của bộ phận hóa ra lại rất có giá trị.” Cơ sở lý thuyết Kỹ thuật Nhiệt” Đại học Kỹ thuật Bang St. Petersburg 7 E. O. Vvedenskaya, R. M. Grozny, nghiên cứu sinh Yu. V. Burtseva và E. M. Rotinyan. S. Sapozhnikov E. Kitanin 8 1. NHIỆT ĐỘNG HỌC KỸ THUẬT 1.1. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT Nhiệt động lực học - môn khoa học về biến đổi năng lượng - là nền tảng của kỹ sư điện. Nguồn gốc của nhiệt động lực học trùng hợp với sự xuất hiện của động cơ hơi nước đầu tiên. Năm 1824, kỹ sư người Pháp S. Carnot đã kiểm tra sự tương tác năng lượng của nước và hơi nước với các bộ phận khác nhau của động cơ và với môi trường; ông đã đưa ra đánh giá đầu tiên về hiệu suất của động cơ hơi nước. Kể từ đó, chủ đề nghiên cứu của nhiệt động lực học là các quá trình trong máy điện, sự biến đổi tổng hợp của các chất, hóa lý, plasma và các quá trình khác. Những nghiên cứu này dựa trên phương pháp nhiệt động lực học: đối tượng nghiên cứu có thể là bất kỳ vật thể nào có trong cái gọi là hệ nhiệt động lực học. Hệ thống này phải: đủ rộng và phức tạp để tuân thủ các quy luật thống kê trong đó (chuyển động của các phân tử chất trong một thể tích nhất định, làm nóng và làm mát các hạt vật liệu rắn trong bãi chôn lấp, v.v.); đóng, tức là có giới hạn theo mọi hướng không gian và bao gồm, không nằm trong hệ nhiệt động lực học, được gọi là môi trường. Quay trở lại công trình của S. Carnot, chúng ta lưu ý rằng nước và hơi nước thu được từ nó là một hệ nhiệt động. Bằng cách theo dõi sự tương tác năng lượng của nước và hơi nước với các vật thể xung quanh, người ta có thể đánh giá hiệu quả của việc chuyển đổi nhiệt cung cấp cho máy thành công. Nhưng các máy phát điện hiện đại không phải lúc nào cũng sử dụng nước để chuyển hóa năng lượng. Chúng ta hãy đồng ý gọi bất kỳ môi trường nào được sử dụng để chuyển đổi năng lượng là chất lỏng hoạt động. 9 Như vậy, chủ đề của nhiệt động lực học kỹ thuật là các định luật chuyển hóa năng lượng trong các quá trình tương tác của vật thể làm việc với các bộ phận của máy điện và với môi trường, phân tích sự hoàn thiện của máy điện cũng như nghiên cứu các tính chất làm việc cơ thể và những thay đổi của chúng trong quá trình tương tác. Không giống vật lý thống kê, chỉ “nội lực” của nhiệt động lực học thôi là chưa đủ. Cần sử dụng các kết quả thực nghiệm hoặc lý thuyết có tính đến bản chất của chất lỏng làm việc trong hệ nhiệt động thực. Ví dụ, nếu chúng ta sử dụng dữ liệu thực nghiệm về mật độ của một chất, thì bằng cách sử dụng phân tích nhiệt động, chúng ta có thể tính toán nhiệt dung của nó, v.v.10 Do đó, nghiên cứu nhiệt động lực học dựa trên các định luật cơ bản của tự nhiên. Đồng thời, các tính toán kỹ thuật trong nhiệt động lực học không thể thực hiện được nếu không sử dụng dữ liệu thực nghiệm hoặc kết quả nghiên cứu lý thuyết. tính chất vật lýđiện thoại làm việc 1.2. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ NHIỆT ĐỘNG 1.2.1. Hệ nhiệt động và các thông số nhiệt động Chúng tôi gọi hệ nhiệt động là bất kỳ vật thể hoặc hệ thống vật thể nào tương tác với nhau và (hoặc) với môi trường (đặc biệt, hệ thống như vậy có thể bao gồm các vật thể làm việc của máy năng lượng). Định nghĩa này không xác định chính xác cái gì được coi là hệ nhiệt động và cái gì được coi là môi trường. Ví dụ, người ta có thể coi bản thân chất lỏng làm việc là một hệ thống nhiệt động lực học và “mọi thứ khác” được coi là môi trường; Bạn chỉ có thể chọn một phần của cơ thể và coi phần còn lại và tất cả các cơ thể khác là môi trường. Ngược lại, có thể mở rộng hệ thống nhiệt động lực học - bao gồm nó, ngoài vật thể thứ nhất, một số vật thể khác và coi tất cả các vật thể khác là môi trường. Việc mở rộng hoặc thu hẹp vòng tròn của các vật thể tạo nên hệ nhiệt động như vậy giúp người ta có thể tìm ra tính năng quan trọng
cơ thể làm việc và tương tác năng lượng giữa chúng.
Được biết, cùng một chất có thể ở trạng thái lỏng, khí hoặc rắn. Trong trường hợp này, một cách tự nhiên, các tính chất của chất này, hệ nhiệt động này, sẽ khác nhau, chẳng hạn như mật độ, hệ số giãn nở thể tích, độ thấm từ, tốc độ âm thanh, v.v. Tất cả những điều này, cũng như các đại lượng khác đặc trưng cho trạng thái của hệ nhiệt động lực học, được gọi là điều kiện các thông số nhiệt động lực học. Có rất nhiều trong số họ; truyền thống phân biệt BỘ GIÁO DỤC VÀ KHOA HỌC LIÊN BANG NGA nhà nước liên bang tự trị
cơ sở giáo dục giáo dục chuyên nghiệp cao hơn"Miền Bắc (Bắc Cực)
đại học liên bang | |
được đặt theo tên của M.V. Lomonosov" | |
Viện dầu khí | |
Khoa Kỹ thuật Nhiệt | |
131000.62 “Kinh doanh dầu khí” (mã và tên lĩnh vực đào tạo/chuyên ngành) | |
Bài giảng 1. Đối tượng và phương pháp nhiệt động lực học.................................................. .......................................... | |
Hệ thống nhiệt động lực học.................................................................. ................................... | |
Các thông số trạng thái nhiệt động học.................................................................. ................................. | |
Phương trình trạng thái.................................................................................. .................................................... | |
Quá trình nhiệt động lực học.................................................................. .................................... | |
Nhiệt dung của chất khí................................................................................. ...................................................... | |
Bài 2. Hỗn hợp khí lý tưởng.................................................................. ........................................................... | |
Biểu thức giải tích của định luật nhiệt động thứ nhất................................................. | |
Năng lượng bên trong................................................................................. ............................................ . | |
Hoạt động mở rộng................................................................................. .................................................... | |
Nhiệt................................................. ................................................................. ...... ............ | |
Entanpy................................................................................. ................................................................. ...... .......... | |
Entropy................................................................................. ................................................................. ...... ............ | |
Bài giảng 3. Xây dựng tổng quát định luật thứ hai.................................................. ........... ................... | |
Chu trình Carnot trực tiếp................................................................................. .......................................................... ...... | |
Chu trình Carnot ngược.................................................................................. .................................................... ............ | |
Biến đổi entropy trong các quá trình không cân bằng.................................................. ...... | |
Bài giảng 4. Các quá trình nhiệt động học của khí lý tưởng trong hệ kín............. | |
Bài giảng 5. Các quá trình nhiệt động của khí thực................................................................. .......... | |
Phương trình trạng thái của khí thực.................................................................. ............. ............. | |
Bài giảng 6. Phương trình định luật nhiệt động thứ nhất của dòng chảy................................................. | |
Dòng chảy ra từ vòi hội tụ.................................................................. ........... | |
Các dạng cơ bản của dòng khí trong vòi phun và bộ khuếch tán.................................. |
Tính toán quá trình dòng chảy ra với sử dụng h-s sơ đồ................................................................. | |
Điều tiết khí và hơi................................................................. ............................. | |
Bài giảng 7. Hiệu suất nhiệt động của các chu trình nhà máy nhiệt điện........... | |
Chu trình của động cơ đốt trong piston................................................................. ........ | |
Chu trình của nhà máy tuabin khí.................................................................. ............................. | |
Chu trình của nhà máy tua bin hơi nước.................................................. ............................................. | |
Chu trình Rankine ở hơi quá nhiệt.................................................. ............................. | |
Hiệu suất nhiệt của chu trình.................................................................. ...................................... | |
Sưởi ấm................................................................................. ............................................ ............ | |
Đặc điểm chung của thiết bị làm lạnh.................................................. | |
Bài giảng 8. Cơ sở lý thuyết về truyền nhiệt................................................................. .......... ................................... | |
Các khái niệm và định nghĩa cơ bản……………………….. | |
Lý thuyết về độ dẫn nhiệt. Định luật Fourier................................................................................. ............... | |
Tường phẳng | |
Tường trụ.................................................................................. .................................... | |
Bài giảng 9. Truyền nhiệt................................................................................. ........................................................... ............ | |
Tường phẳng................................................................................. .................................................... ......... .. | |
Tường trụ.................................................................................. .................................... | |
Tăng cường truyền nhiệt................................................................................. ...................... | |
Cách nhiệt.................................................................................. .................................................... ........ | |
Bài giảng 10. Truyền nhiệt đối lưu. Định luật cơ bản về truyền nhiệt đối lưu. | |
Lớp biên................................................................................................. ............................................ ............ | |
Số tương đồng................................................................................. .................................................... ............ ... | |
Bài 11. Các trường hợp đặc biệt của truyền nhiệt đối lưu. Dòng chảy chéo | |
ống đơn và bó ống................................................................. ...................................... | |
Dòng nước làm mát bên trong đường ống................................................................. ........... .................... | |
Sự truyền nhiệt trong quá trình đối lưu tự nhiên.................................................. .......... | |
Giá trị gần đúng của hệ số truyền nhiệt.................................................. | |
Bài giảng 12. Mô tả quá trình bức xạ. Các định nghĩa cơ bản.................................................................. | |
Trao đổi nhiệt bằng bức xạ của hệ vật thể trong môi trường trong suốt................................................. . | |
Sự truyền năng lượng bức xạ trong môi trường hấp thụ và bức xạ........... | |
Bài giảng 13. Bộ trao đổi nhiệt.................................................................. ............................................. | |
Các loại thiết bị trao đổi nhiệt.................................................................. ................................................................. | |
Cơ sở tính toán nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt.................................................. ...... |
Môn học: phương pháp nhiệt động lực học
Nhiệt động lực học nghiên cứu các quy luật biến đổi năng lượng trong các quá trình khác nhau.
các quá trình xảy ra trong các hệ thống vĩ mô và kèm theo nhiệt
hiệu ứng của tôi. Một hệ thống vĩ mô là bất kỳ khối lượng vật chất nào
vv bao gồm số lượng lớn hạt. Kích thước của các hệ thống vĩ mô không nhất quán
có thể đo lường được nhiều kích cỡ hơn phân tử và nguyên tử.
Tùy thuộc vào mục tiêu nghiên cứu, kỹ thuật hoặc hóa học
nhiệt động lực học ska, nhiệt động lực học hệ thống sinh học vân vân. Nhiệt động lực học kỹ thuậtnghiên cứu các mô hình biến đổi lẫn nhau của năng lượng nhiệt và cơ học cũng như tính chất của các vật thể tham gia vào các biến đổi này. Cùng với lý thuyết truyền nhiệt, nó là nền tảng lý thuyết của kỹ thuật nhiệt. Trên cơ sở đó, việc tính toán và thiết kế của tất cả các động cơ nhiệt cũng như tất cả các loại thiết bị công nghệ được thực hiện.
Chỉ xem xét các hệ thống vĩ mô, nhiệt động lực học nghiên cứu các
tính đều đặn của dạng chuyển động nhiệt của vật chất, do sự có mặt của một khối lượng lớn
một số lượng lớn các vi mô di chuyển và tương tác liên tục
các hạt cấu trúc (phân tử, nguyên tử, ion).
Các tính chất vật lý của hệ thống vĩ mô được nghiên cứu bằng phương pháp nhiệt động thống kê. Phương pháp thống kê dựa trên việc sử dụng lý thuyết
các xác suất và các mô hình nhất định về cấu trúc của các hệ thống này và thể hiện
thu hút các ý tưởng mô hình về cấu trúc của vật chất và hiện tượng
logic (tức là xem xét “hiện tượng” - hiện tượng nói chung).
Hơn nữa, tất cả các kết luận chính của nhiệt động lực học chỉ có thể được sử dụng bằng cách sử dụng hai định luật thực nghiệm cơ bản của nhiệt động lực học.
Sau đây, dựa trên phương pháp nhiệt động lực học, để rõ ràng, chúng ta sẽ:
khả năng sử dụng các ý tưởng động học phân tử về cấu trúc của vật chất.
Hệ nhiệt động
Hệ nhiệt động là tập hợp các vật thể có tương tác cơ học và nhiệt với nhau và với các vật thể bên ngoài bao quanh hệ thống(« môi trường bên ngoài»).
Việc lựa chọn hệ thống là tùy ý và được quyết định bởi các điều kiện của vấn đề đang được giải quyết. Các cơ quan không có trong hệ thống được gọi là môi trường. Hệ thống được tách biệt khỏi môi trường xung quanh
môi trường khắc nghiệt bề mặt điều khiển(vỏ bọc). Vì vậy, ví dụ, đối với hệ thống đơn giản nhất- Khí được bao bọc trong xi lanh dưới piston, môi trường bên ngoài
không khí là không khí xung quanh, và các bề mặt điều khiển là những bức tường của
tấm lót và piston.
Tương tác cơ và nhiệt của hệ nhiệt động
được thể hiện thông qua các bề mặt điều khiển. Trong quá trình tương tác cơ học, công được thực hiện bởi chính hệ thống hoặc trên hệ thống. (TRONG trường hợp chung Các lực điện, từ và các lực khác cũng có thể tác dụng lên hệ thống, dưới tác động của chúng thì hệ thống sẽ thực hiện công. Những loại công việc này cũng có thể được tính đến trong khuôn khổ nhiệt động lực học, nhưng chúng tôi sẽ không xem xét chúng sâu hơn). Trong ví dụ của chúng ta, công cơ học được thực hiện bằng cách di chuyển piston và
được đưa ra bởi sự thay đổi về khối lượng. Tương tác nhiệt bao gồm sự chuyển đổi nhiệt
bạn ở giữa các cơ quan riêng lẻ của hệ thống và giữa hệ thống và môi trường. TRONG
Trong ví dụ đang xem xét, nhiệt có thể được cung cấp cho chất khí qua thành xi lanh.
Trong trường hợp tổng quát nhất, hệ có thể trao đổi với môi trường và vật chất
(tương tác truyền khối). Một hệ thống như vậy được gọi là mở. Dòng khí hoặc hơi nước trong tua bin và đường ống - ví dụ hệ thống mở. Nếu như
Vì hệ thống không đi qua ranh giới của hệ thống nên nó được gọi là hệ thống đóng. Về lâu dài
Chúng tôi sẽ, trừ khi có quy định cụ thể, xem xét các hệ thống khép kín
Một hệ nhiệt động không thể trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh
môi trường sống được gọi là cách nhiệt hoặc đoạn nhiệt. Ghi chú
Rượu rum của hệ thống đoạn nhiệt là một loại khí chứa trong bình có thành được bao phủ bởi
bạn là vật liệu cách nhiệt lý tưởng, loại bỏ sự trao đổi nhiệt giữa các phần kín
bình chứa khí và các vật thể xung quanh. Lớp vỏ cách điện như vậy được gọi là đoạn nhiệt. Là hệ không trao đổi năng lượng và rung động với môi trường bên ngoài
xã hội được gọi là biệt lập (hoặc đóng cửa).
Hệ nhiệt động đơn giản nhất là chất lỏng làm việc,
đại diện cho sự biến đổi lẫn nhau của nhiệt và công việc. Ví dụ, trong động cơ đốt trong, chất lỏng làm việc là khí được chuẩn bị trong bộ chế hòa khí.
một hỗn hợp dễ cháy bao gồm không khí và hơi xăng.
Các thông số nhiệt động của trạng thái
Các tính chất của mỗi hệ thống được đặc trưng bởi một số đại lượng, thường được gọi là các thông số nhiệt động. Chúng ta hãy xem xét một số trong số chúng, sử dụng các khái niệm động học phân tử của khí lý tưởng như một tập hợp các phân tử đã biến mất
có kích thước cực kỳ nhỏ, chuyển động nhiệt ngẫu nhiên và tương tác
chỉ tương tác với nhau khi va chạm.
Áp suất được gây ra bởi sự tương tác của các phân tử của chất lỏng làm việc với
bề mặt và bằng số lượng với lực tác dụng trên một đơn vị diện tích bề mặt của cơ thể dọc theo đường vuông góc đến mặt sau. Theo lý thuyết động học phân tử, áp suất khí được xác định bởi mối quan hệ
trong đó n là số lượng phân tử trên một đơn vị thể tích;
t - khối lượng phân tử s 2 - tốc độ bình phương trung bình chuyển động về phía trước phân tử.
TRONG Hệ thống quốc tếđơn vị (SI) áp suất được biểu thị bằng pascal
(1Pa=1 N/m2). Vì đơn vị này nhỏ nên sẽ thuận tiện hơn khi sử dụng 1 kPa = 1000 Pa và
1 MPa=106 Pa.
Áp suất được đo bằng đồng hồ đo áp suất, phong vũ biểu và đồng hồ đo chân không.
Đồng hồ đo áp suất chất lỏng và lò xo đo áp suất dư thừa, trước
đó là sự chênh lệch giữa áp suất tổng hoặc áp suất tuyệt đối p đo được
môi trường và áp suất khí quyển p atm, tức là p ex p atm p
Dụng cụ đo áp suất dưới khí quyển gọi là chân không
mét; số đọc của chúng cho giá trị chân không (hoặc chân không):
r trong r atm r, tức là dư thừa áp suất khí quyển trên mức tuyệt đối.
Cần lưu ý rằng tham số trạng thái là áp suất tuyệt đối.
Đây là những gì được bao gồm trong các phương trình nhiệt động lực học.
Nhiệt độ được gọi là đại lượng vật lý, đặc trưng cho ste-
gốc nhiệt cơ thể. Khái niệm nhiệt độ được rút ra từ phát biểu sau:
nếu hai hệ tiếp xúc nhiệt thì nếu nhiệt độ của chúng không bằng nhau,
thì chúng sẽ trao đổi nhiệt với nhau nếu nhiệt độ của chúng bằng nhau
chúng ta thì sẽ không có sự trao đổi nhiệt.
Theo quan điểm của khái niệm động học phân tử, nhiệt độ là thước đo cường độ chuyển động nhiệt phân tử. Cô ấy giá trị số liên kết với
ở đâu k - hằng số Boltzmann, bằng 1,380662 10ˉ23 J/K. Nhiệt độ T,
được xác định theo cách này được gọi là tuyệt đối.
Đơn vị nhiệt độ SI là kelvin (K); trong thực tế, rộng rãi
độ C (° C) được áp dụng. Mối quan hệ giữa T tuyệt đối và stog-
nhiệt độ dusnoy t có dạng
Tt 273.15.
TRONG Trong điều kiện công nghiệp và phòng thí nghiệm, nhiệt độ được đo bằng nhiệt kế lỏng, nhiệt kế, cặp nhiệt điện và các dụng cụ khác.
Thể tích riêng v là thể tích của một đơn vị khối lượng của một chất.
một vật có khối lượng M chiếm thể tích v thì theo định nghĩa
v=V/M.
Trong hệ SI, đơn vị của thể tích riêng là 1 m3/kg. Có một mối quan hệ rõ ràng giữa thể tích riêng của một chất và mật độ của nó:
Để so sánh các đại lượng đặc trưng cho các hệ thống ở trạng thái giống hệt nhau,
khái niệm “bình thường” được đưa ra điều kiện vật chất": p = 760 mm Hg = 101,325 kPa; T = 273,15 K.
Trong các ngành công nghệ khác nhau và các quốc gia khác nhau giới thiệu riêng của họ, hơi khác nhau
từ cái đã cho" điều kiện bình thường", ví dụ: "kỹ thuật" (p = 735,6 mm
Hg = 98 kPa, t =15˚C) hoặc điều kiện bình thường để đánh giá tính năng của máy nén (p =101,325 kPa, t =20˚C), v.v.
Nếu tất cả các tham số nhiệt động không đổi theo thời gian và giống nhau tại mọi điểm của hệ thì trạng thái như vậy của hệ được gọi là trạng thái cân bằng.
Nếu giữa nhiều điểm khác nhau có sự khác biệt về nhiệt độ trong hệ thống
tour, áp suất và các thông số khác thì không cân bằng . Trong một hệ thống như vậy, dưới tác động của độ dốc tham số, các dòng nhiệt, các chất và các chất khác phát sinh, cố gắng đưa nó về trạng thái cân bằng. Kinh nghiệm cho thấy rằng
Một hệ cô lập luôn đạt đến trạng thái cân bằng theo thời gian và không bao giờ có thể tự rời bỏ nó. Trong nhiệt động lực học cổ điển, chỉ có hệ cân bằng được xem xét.
phương trình trạng thái
Đối với một hệ nhiệt động cân bằng tồn tại mối quan hệ hàm số giữa các tham số trạng thái gọi là phương trình
đứng Kinh nghiệm cho thấy rằng thể tích, nhiệt độ và áp suất riêng
Các hệ thống đơn giản nhất là khí, hơi hoặc chất lỏng được kết nối phương trình nhiệt các trạng thái có dạng f(p ,v ,T ) 0.
Phương trình trạng thái có thể có dạng khác: p f 1 (v,T);v f 2 (p,T);
Tf 3 (p,v);
Các phương trình này cho thấy rằng trong ba tham số chính xác định trạng thái của hệ thống thì hai tham số bất kỳ đều độc lập.
Để giải các bài toán bằng phương pháp nhiệt động lực học, nhất thiết phải biết phương trình trạng thái. Tuy nhiên, nó không thể thu được trong khuôn khổ nhiệt động lực học và phải được tìm thấy bằng thực nghiệm hoặc bằng các phương pháp vật lý thống kê.
ki. Dạng cụ thể của phương trình trạng thái phụ thuộc vào thuộc tính riêng lẻđiều-
Phương trình trạng thái của khí lý tưởng
Từ phương trình (1.1) và (1.2) suy ra p nkT .
Xét 1 kg khí. Xét rằng nó chứa N phân tử và do đó,
Giá trị không đổi Nk trên 1 kg khí được ký hiệu bằng chữ R và
họ gọi hằng số khí. Đó là lý do tại sao
Mối quan hệ kết quả là phương trình Clapeyron.
Nhân (3) với M, ta thu được phương trình trạng thái của một khối khí tùy ý
pV MRT. |
Phương trình Clapeyron có thể có dạng phổ quát nếu chúng ta lấy
một hằng số cho 1 kmol khí, tức là đối với lượng khí có khối lượng tính bằng kilo-
gram bằng nhau về mặt số lượng trọng lượng phân tửμ. Thay M= μ và V=V μ vào (1.4), ta được
Phương trình Clapeyron-Mendeleev cho một mol là:
pV RT.
Ở đây V là thể tích của một kilomol khí và R là hằng số khí phổ quát.
Theo định luật Avogadro (1811), thể tích của 1 kmol trong một
chúng và những điều kiện giống nhau đối với mọi loại khí lý tưởng, trong điều kiện vật lý bình thường.
viah bằng 22,4136 m3, do đó
Hằng số khí của 1kg khí là | ||||||||
Quá trình nhiệt động
Sự thay đổi trạng thái của hệ nhiệt động theo thời gian được gọi là
quá trình nhiệt động. Vì vậy, khi piston di chuyển trong xi lanh, thể tích cùng với nó là áp suất và nhiệt độ của khí bên trong sẽ thay đổi,
quá trình giãn nở hoặc nén của khí sẽ xảy ra.
Như đã lưu ý, một hệ thống bị mất cân bằng và
được cung cấp cho chính nó ở các thông số môi trường không đổi, thông qua không
thời gian nào sẽ trở lại trạng thái cân bằng tương ứng với các thông số này
mét. Một cách tự phát như vậy (không có ảnh hưởng bên ngoài) đưa hệ về trạng thái cân bằng
được gọi là sự thư giãn và khoảng thời gian mà hệ thống
ma trở về trạng thái cân bằng gọi là thời gian thư giãn.
Nó khác nhau đối với các quá trình khác nhau: nếu luôn cần thiết lập áp suất cân bằng trong một chất khí, thì cần phải cân bằng nhiệt độ trong thể tích của cùng một chất khí.
chúng tôi mười tuổi; phút và thể tích của chất rắn được nung nóng - đôi khi là vài giờ.
Một quá trình nhiệt động được gọi là cân bằng nếu tất cả các
Đồng hồ đo của hệ thống trong quá trình hoạt động của nó thay đổi khá chậm so với quá trình thư giãn tương ứng. Trong trường hợp này, hệ thống thực sự luôn ở trạng thái cân bằng với môi trường, điều này quyết định tên của quá trình.
Để quá trình đạt trạng thái cân bằng thì tốc độ thay đổi của các tham số hệ thống dAd phải thỏa mãn hệ thức
dA d c reL A reL
trong đó A là tham số thay đổi nhanh nhất trong quá trình đang xem xét
chấm dứt; с rel - tốc độ thay đổi của tham số này trong quá trình thư giãn;
thời gian thư giãn.
Ví dụ, hãy xem xét quá trình nén khí trong xi lanh. Nếu thời gian dịch chuyển của piston từ vị trí này sang vị trí khác vượt quá đáng kể thời gian thư giãn,
thì trong quá trình chuyển động của piston, áp suất và nhiệt độ sẽ có thời gian cân bằng
toàn bộ thể tích của xi lanh.
Sự liên kết này được đảm bảo bởi sự va chạm liên tục của các phân tử, trong
kết quả là năng lượng cung cấp từ piston tới khí khá nhanh và bằng
được phân phối theo số lượng giữa chúng. Nếu những chuyển vị tiếp theo của piston xảy ra theo cách tương tự thì trạng thái của hệ tại mỗi thời điểm sẽ gần như cân bằng. Như vậy, quá trình cân bằng bao gồm chuỗi liên tục các trạng thái cân bằng liên tiếp, do đó, tại mỗi điểm, trạng thái của hệ nhiệt động có thể được mô tả bằng phương trình trạng thái của chất lỏng làm việc đã cho. Đó là lý do tại sao nhiệt động lực học cổ điển trong các nghiên cứu của nó chỉ hoạt động với các quá trình cân bằng. Chúng là một sự lý tưởng hóa thuận tiện quá trình thực tế, trong nhiều trường hợp cho phép người ta đơn giản hóa đáng kể việc giải quyết vấn đề. Sự lý tưởng hóa này là hoàn toàn hợp lý, vì điều kiện
(1.8) được đáp ứng khá thường xuyên trong thực tế. Do nhiễu loạn cơ học
áp suất lan truyền trong chất khí với tốc độ âm thanh, quá trình nén khí và xi lanh-
sẽ ở trạng thái cân bằng nếu tốc độ chuyển động của piston nhỏ hơn nhiều so với tốc độ âm thanh.
Các tiến trình không thỏa mãn điều kiện dAd rel D A rel , tiến hành mất cân bằng, tức là không cân bằng . Ví dụ, nếu nhiệt độ môi trường tăng nhanh thì khí trong xi lanh sẽ dần dần tăng lên.
làm ấm qua các bức tường của nó, thư giãn đến trạng thái cân bằng tương ứng với các thông số môi trường mới. Trong quá trình thư giãn, khí không cân bằng với môi trường và không thể mô tả bằng phương trình trạng thái
ít nhất là vì trong điểm khác nhau Nhiệt độ của thể tích khí có giá trị khác nhau.