Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Термодинамика и теплопередачаСтр 1 из 8Следующая ⇒
ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
В помощь ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЛЕКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
До раздела теплопередачи
Влажный воздух Влажный воздух представляет собой смесь сухого воздуха и водяного пара. Смесь сухого воздуха и насыщенного водяного пара называется насыщен-ным влажным воздухом. Смесь сухого воздуха и перегретого водяного пара называется ненасыщенным влажным воздухом. Температура, до которой необходимо охлаждать ненасыщенный влажный воздух, чтобы, содержащийся в нем перегретый пар стал насыщенным, называется температурой точки росы. При дальнейшем охлаждении влажного воздуха (ниже температуры точки росы) происходит конденсация водяного пара. Влагосодержание, абсолютная и относительная влажность. Масса пара в 1 м3 влажного воздуха, численно равная плотности пара rп при парциальном давлении рп, называется абсолютной влажностью. Отношение действительной абсолютной влажности воздуха rп к максимально возможной абсолютной влажности rs при той же температуре называют относительной влажностью и обозначают через j: , где рп – парциальное давление водяного пара во влажном воздухе; рs – максимально возможное парциальное давление водяного пара при данной температуре. Для сухого воздуха j=0, для насыщенного воздуха j=100%. Величина относительной влажности сама по себе полностью не характеризует содержание пара во влажном воздухе, для этого еще нужно знать температуру влажного воздуха, однозначно определяющую величину р s. Отношение массы водяного пара Мп, содержащегося во влажном воздухе, к массе сухого воздуха Мв называется влагосодержанием воздуха и измеряется в килограммах на килограмм: . Определяя массы сухого воздуха и водяного пара из уравнения состояния идеального газа, и учитывая что рп=jрs, mп=18,06 кг/моль и mв=28,95 кг/кмоль, то , где р – внешнее давление. Циклы теплосиловых установок Прямой Цикл Карно. Теоретический цикл, разработанный французским инженером С. Карно в 1824 г., имеет особое значение в термодинамике. Цикл Карно состоит из двух изотерм и двух адиабат и имеет в диаграммах р, v и Т, s вид, показанный на Ошибка! Ошибка связи. Ошибка! Ошибка связи.
а б Рис. 3.5 Цикл осуществляется между двумя бесконечно емкими источниками тепла: горячим, с температурой Т1 и холодным, имеющим температуру Т2. Изотермические процессы подвода тепла 4 – 1 и отвода тепла 2 – 3 осуществляются при бесконечно малой разнице температур между источниками тепла и рабочим телом. Сжатие 3 – 4 и расширение 1 – 2 рабочего тела происходят адиабатно при s = const. Следовательно, цикл в целом обратим, поскольку все процессы его обратимы. Это означает, что цикл может быть осуществлен как в прямом (по ходу часовой стрелки), так и в обратном направлении, по одному и тому Термический КПД прямого цикла Карно, как и любого произвольного цикла, описывается общим выражением (3.6): ht = 1 – q2 / q1. Отведенное в цикле холодным источником тепло q2 при температуре Т2 на диаграмме Т, s (см. рис. 3.5, б) изображается площадью прямоугольника под процессом 2 – 3, Подставляя значения q1 и q2 в исходное выражение, получаем ηt = 1 – T2 / T1. (3.9) Отсюда следует, что термический КПД цикла Карно зависит только от температуры горячего и холодного источников и не зависит от природы рабочего тела. Из анализа формулы (3.9) видно, что значения ηt для цикла Карно изменяются в пределах от нуля при Т1 = Т2 до единицы при T2 = 0 или Т1 = ¥. Однако последние условия практически невыполнимы, поэтому термический КПД цикла Карно никогда не достигает единицы. В паросиловых энергетических установках температура рабочего тела в процессе подвода тепла T1 не превышает обычно 850 K; если бы эти установки работали по обратимому идеальному циклу Карно, то термический КПД составил бы . Значение цикла Карно прежде всего состоит в том, что он устанавливает теоретический предел совершенства теплового цикла, предел возможности преобразования тепловой энергии в механическую. Действительно, сравнивая в Т, s-диаграмме любой произвольный цикл с циклом Карно (рис. 3.6), можно убедиться в том, что в заданных температурных границах средняя температура T1cp подвода тепла в процессе а – b – с всегда меньше, чем температура Т1, при которой подводится тепло в цикле Карно. Точно так же T2ср > T2.
Воспользовавшись формулой (3.9), можно заключить, что невозможен какой-либо цикл, имеющий КПД выше, чем КПД цикла Карно, протекающего в тех же температурных интервалах. Кроме того, цикл Карно показывает, что для повышения КПД реальных тепловых двигателей необходимо стремиться к изотермным подводу и отво- Второй закон термодинамики на основании опыта устанавливает условия превращения одного вида энергии в другой, в частности тепла в работу. Замечено, что все самопроизвольные процессы всегда протекают в строго определенном направлении – от верхнего потенциала к нижнему. Используя эти процессы, можно получать работу, пока не наступит полного равновесия системы. Например, тепловой поток, используемый в тепловых двигателях, может иметь место лишь при наличии горячего и холодного источников. Энергия сжатого газа может быть преобразована в механическую, если есть среда с меньшим давлением. Перетекание жидкости из одного бассейна в другой возможно в тех случаях, когда они находятся на разных уровнях. Ток в электрической цепи течет до тех пор, пока имеется разница электрических потенциалов источника питания. Осуществление этих же процессов в обратном направлении требует затрат энергии. Передача тепла от холодного тела к более нагретому (в холодильной установке), сжатие газа в компрессоре, перекачка воды на верхний уровень, зарядка батарей источника питания – все это примеры не самопроизвольных процессов, а тех, которые могут быть реализованы лишь при определенных затратах энергии. Существует несколько классических формулировок второго закона термодинамики, предложенных в виде постулатов различными естествоиспы-тателями. Р. Клаузиус сформулировал второй закон термодинамики в таком виде: теплота не может сама собой переходить от более холодного тела к более нагретому. М. Планк дал следующую формулировку: невозможно построить периодически действующий двигатель, который производил бы только поднятие груза и охлаждение источника тепла. Этот постулат утверждает невозможность получения механической энергии при наличии одного источника тепла, другими словами, невозможность создания вечного двигателя второго рода (в отличие от вечного двигателя первого рода, работающего без затрат энергии вопреки первому закону термодинамики). Действительно, если бы удалось создать двигатель с одним источником тепла, то это было бы равносильно вечному двигателю, так как тепловой энергии хаотического движения молекул в природе бесконечно много. Такой двигатель мог бы действовать, например, за счет охлаждения воды мирового океана, атмосферы воздуха, грунта и пр. Чтобы подчеркнуть бесплодность попыток создания подобного двигателя, формулировку Планка иногда видоизменяют следующим образом: осуществление вечного двигателя второго рода невозможно. В. Томсон предложил формулировку: невозможно осуществление цикла теплового двигателя без переноса некоторого количества теплоты от верхнего источника к нижнему. Это означает, что в цикле подведенное тепло верхнего источника не целиком превращается в работу, а часть его обязательно передается холодному источнику тепла. Следовательно, термический КПД теплового двигателя всегда должен быть меньше единицы. Это важнейшее положение второго закона термодинамики наглядно проиллюстрировано на примере цикла Карно.
Л. Больцман, рассматривая рабочее тело как статистическую совокупность множества элементарных частиц, пришел к выводу: природа стремится к переходу от менее вероятных состояний к более вероятным. Цикл холодильной установки Холодильными установками называют устройства, предназначенные для понижения температуры тел и поддержания ее на заданном уровне. Вырабатываемый ими искусственный холод находит все более широкое применение в химической и пищевой промышленности, в строительстве, торговле, транспорте, в системах кондиционирования воздуха и других отраслях промышленности и коммунального хозяйства. В настоящее время используются различные типы холодильных установок – воздушные, парокомпрессорные, пароэжекторные, абсорбционные, термоэлектрические, которые отличаются как по роду рабочего тела, так и по принципу действия. Наиболее распространенные парокомпрессорные холодильные установки используют в качестве рабочего тела (хладагента) вещества, имеющие низкие температуры кипения, например аммиак, фреоны. Принципиальная схема такой установки представлена на рис. 4.30, а T, s-диаграмма осуществляемого в ней обратного цикла – на рис. 4.31. Ошибка! Ошибка связи. Ошибка! Ошибка связи. Рис. 4.30 Рис. 4.31 В компрессоре 1 сухой пар хладагента адиабатно сжимается (1 – 2) до давления р2 и направляется в конденсатор 2. Здесь происходят охлаждение и конденсация рабочего тела за счет отвода тепла q1 циркулирующей водой. Жидкость дросселируется от давления p2 до давления р1 в дросселе 3. Процесс дросселирования 3 – 4 протекает при неизменной энтальпии h3 = h4. В точке 4 получается парожидкостная смесь, которая следует в испаритель 4, где за счет подвода тепла q2 происходит испарение жидкой фазы хладагента (4 – 1). Работа, затрачиваемая на осуществление обратного цикла, l = q1 – q2. Количество отведенного в цикле тепла q1 = h2 – h3.
Подведенное к рабочему телу в испарителе тепло q2 является одновременно теплом, которое с каждым циклом отводится от охлаждаемого объекта и называется удельной хладопроизводительностью установки, кДж/кг: q2 = h1 – h4. Поскольку h3 = h4, то l = h1 – h2. Теоретический холодильный коэффициент установки . (4.55) Значения ε находятся в пределах 3 – 5, т. е. количество вырабатываемого холода в несколько раз больше затрат работы. ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
В помощь ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЛЕКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
До раздела теплопередачи
|
||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-05-12; просмотров: 70; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.133.111.85 (0.02 с.) |