Аналитические выражения второго закона термодинамики.

Второй закон термодинамики математически может быть выражен следующим образом:

ds≥dQ/T,

где: ds – бесконечно малое приращение энтронии системы;

dQ – бесконечно малое количество тепла, полученного системой от источника тепла;

Т – абсолютная температура источника тепла.

Знак неравенство соответствует необратимым процессам, а знак равенства – обратимым процессом. Следовательно, аналитическое выражение второго закона термодинамики для бесконечно малого обратимого процесса имеет вид: 

dg = T*d*S, а так как согласно первому закону термодинамики

dg = du+pdv, то предыдущее уравнение можно записать в виде

T*d*S= du+pdv = с_vdt+pdv - 2 закон термодинамики

 

Водяной пар. Общие положения.

Изобразим в P-Ʋ координатах диаграмму для водяного пара:

 

 

Насыщенность пара

3

K

x=1

x=const

х=0

2

1

V

Р

Ж И Д К О С Т Ь

Л Ё Д

Перегретый пар

 

Кривой 1 – соответствует вода при 0 ⁰с, кривой 2 – вода при температуре кипения (или температуру насыщения) и кривой 3 – сухой насыщенный пар.

Кривую 2 называют нижней пограничной кривой, кривую 3 верхней пограничной кривой, а точку К, разделяющую обе пограничные кривые называют критической.

Кривые 1, 2 и 3 делят всю диаграмму на четыре части: область между кривыми 1 и 2 – жидкость, область между кривыми 2 и 3 – смесь кипящей жидкости и пара, влажный насыщенный пар, и область правее кривой 3 – перегретый пар. Критическая точка K характеризует критическое состояние, при котором исчезает различие в свойствах пара и жидкости.

Критическая температура является наивысшей температурой жидкости и ее насыщенного пара. При температурах выше критической возможно существование только перегретого пара.

Критические параметры водяного пара следующие:

t_кр = 374,15⁰с,

p_кр = 221,29бар,

ʋ_кр =0,00326 м³/кг.

 

Состояние сухого насыщенного пара определяется его давлением или температурой.

Состояние влажного насыщенного пара определяется его давлением или температурой и степенью сухости Х.

Значение Х=0 соответствует воде в состоянии кипения, а Х=1 – сухому насыщенному пару.

Температура влажного пара, есть функция только давления, и определяется так же, как и температура сухого пара. Удельный объем влажного пара зависит от давления и от степени сухости.

Циклы паросиловых установок.

Изобразим тепловую схему и цикл. Теоретической паросиловой установки, которая предназначена для выработки точки тепловой и электрической энергии и может применяться на тепловых электростанциях и в других целях.

 

3

2        V

ЦН

3

ПН

4

5

︢г

6

топливо

2

1

Т

K

ПП     ПК

4       5          6                                         1

P        K

Цикл Ренкина

 

 

Пар парового котла ПК поступает в пароперегреватель ПП, откуда он направляется в турбину Т срабатывается там с выработкой электрической энергии в генераторе Г, а затем поступает в конденсатор К. В конденсаторе К с помощью охлаждающей воды, подаваемой циркуляционным насосом ЦН, от пара отводится теплота, и он конденсируется образовавшийся конденсат питательным насосом ПН подается в котел, и цикл повторяется вновь.

На рисунке дан цикл Ренкина для паросиловой установки в P-Ʋ координатах. Точка 3 характеризует состояние воды на выходе из конденсатора, линия 3-4 процесс повышения давления в питательном насосе, 4-5 подогрев воды в паровом котле, точка 5-состояние воды при температуре насыщения, 5-6 парообразование в котле. Точка 1 характеризует состояние перегретого пара, поступившего в турбину.

 

Циклы холодных установок.

Холодные установки служат для охлаждения тел ниже температуры окружающей среды. Рабочее тело в холодных машинах совершает обратный круговой процесс, в котором затрачивается работа, подводимая извне, и отнимается тепло от охлажденного тела.

Идеальным циклом холодных машин является обратный цикл Карно.

В результате осуществления этого цикла затрачивается работа e ₀ и тепло q от холодного тела переноситься к более нагретому.

 

1-2 – процесс адиабатного расширения объемного тела; 2-3 – процесс изотермического отвода теплоты; 3-4 - процесс адиабатного сжатия рабочего тела; 4-1 – процесс изотермического подвода теплоты;

S

e 0

T   T   T0

2

q0

4   3

q

 

 

Отношение отведенного от охлаждающего тела тепла q₀ (произведенного холода) к затраченной работе q-q₀ называется холодным коэффициентом и является характеристикой экономичности холодной машины:

ε _x = q₀/ q-q₀ = q₀/ e ₀.

В качестве холодильных хлодоагентов применяют воздух и жидкость с низкими температурами кипения: аммиак, углекислый газ, фреоны.

 

4.6.Цикл воздушной холодильной установки.

Изобразим схему воздушной холодильной установки

P2

1

2

3

4

5  P1   4             1

6 3         2

V

P

 

 

 

Охлаждаемое помещение -1 или холодильная камера, в которой по трубам циркулирует охлажденный воздух; компрессор -2; всасывающий этот воздух и сжимающий его; охладитель -3; в котором охлаждается сжатый в компрессоре воздух; расширительный цилиндр -4; в котором воздух расширяется, совершая при этом работу, и понижали свою температуру. Из расширительного цилиндра воздух направляют в холодильную камеру -1, где он, отнимая тело от охлаждаемых тел, нагревается и вновь поступает в компрессор -2. В дальнейшем этот цикл повторяется.

Приведен теоретический цикл воздушной холодильной установки в P-Ʋ координатах. Точка -1 - характеризует состояние воздуха поступающего в компрессор; линяя 1-2 - процесс адиабатного сжатия в компрессоре; точка -2 - состояние воздуха, поступающего в охладитель; точка -3 – состояние воздуха, поступающего в расширительный цилиндр; линия 3-4 – адиабатный процесс расширения; точка -4 – состояние воздуха, поступающего в холодильную камеру (охлаждаемое помещение), линия 4-1 – процесс нагревания воздуха в этой камере. Площадь 1-2-6-5-1 – работа, затраченная компрессором, на сжатие. Площадь 3-6-5-4-3 работа, полученная в расширительном цилиндре – 4. Следовательно, затрачиваемая работа, в теоретическом цикле воздушной холодильной установки измеряется площадью 1-2-3-4, а количество тепла, воспринятого от охлажденных тел, равно количеству тепла, полученного воздухом в процессе 4-1.

 

Вопросы для самоконтроля

1) Как формулируется второй закон термодинамики? Его математическая запись.

2) Диаграмма водяного пара в P-Ʋ координатах.

3) Цикл назначение установки.

4) Какого назначение холодильных машин. Цикл воздушной холодильной установки.

С ПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

Основная

1) Шатров М.Т. Теплотехника /М.Т. Шатров, И.Е.Иванов, С.А. Пришвин. – М.: Академия, 2011. – 288с.

 

Дополнительная

1) Кирюшатов А.И. Теплотехника. Курс лекций./А.И. Кирушатов.– Саратов, СГАУ, 2001. – 196с.

2) Захаров А.А. Применение тепла в сельском хозяйстве. / А.А. Захаров. – М.: Колос, 1980. – 173с

Лекция 5

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ