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 |
Уравнение Менделеева – Клапейрона.Стр 1 из 9Следующая ⇒
Термодинамика. Изучает закономерности превращения одних видов энергии в другие. Энергия – это количественная мера движения материи. 1) Различают: внутреннюю энергию и энергию в переходе термодинамической системы из одного состояния в другое. Термодинамическая система – это совокупность материальных тел, находящихся в механической и тепловой взаимосвязи между собой. Тела не входящие в нее образуют окружающую среду. Между системой и окружающей средой существует контрольная поверхность, оболочка. Хаотическое движение, внутримолекулярное движение связаны с внутренней энергией. Энергию в переходе можно рассматривать как формы переноса энергии: теплота и работа. Способы переноса теплоты: кондукция, конвекция и излучение. Виды работы: механическая, электрическая, магнитная. О различиях в теплоте и работе судим по принципу превратимости: работа может быть полностью превращена в тепло, но, теплота не может полностью превратиться в работу. Перенос энергии в форме теплоты связан с хаотическим движением частиц, работа же связана с упорядоченным движением. ¨ - Работа L, Дж ¨ - Удельная работа l, ¨ - Теплота Q, Дж ¨ 1Дж (L) = 1Дж (Q) они разные по качеству ¨ - Удельная теплота q,
Открытой называется термодинамическая система, которая может обмениваться с окружающей средой веществом. Если вещество не проходит через границы системы, то она называется закрытой. 2) Основные термические параметры состояний. t - абсолютное давление, ; t - абсолютная температура; t - удельный объем.
103 Па = 1кПа 106 Па = 1МПа 105 Па = 1 бар ат мм. рт. ст. м. вод. ст. Теплоизолированной (адиабатной) называется термодинамическая система, которая не может обмениваться теплотой с окружающей средой. Система, не обменивающаяся с окружающей средой ни энергией, ни веществом называется изолированной. Давление обусловлено взаимодействием молекул рабочего тела с поверхностью. Температурой называется физическая величина, характеризующая степень нагретости тела.
, то (манн) , то (разр) Абсолютная температура Т, К 0 К – всякое движение отсутствует 273,16 К – соответствует состоянию характерного для тройной точки, лед + вода + пар, находящейся в термодинамическом равновесии.
1 К = t, C˚ 0˚ C – таянье льда 100˚ С – кипение воды при нормальном 1˚ С = , tтр = 0,01˚ С, Ртр = 611 Па Т – 273,16 = t – 0,01 Т = 273,15 + t ∆T = ∆t Фаренгейт t = Ренкин 1R = Удельный объем: удельный объем – это объем единицы массы вещества.
Нормальные условия Р = 760 мм. рт. ст. = 101,325 кПа Нормальные физические условия t = 0˚ С = 273 К
Р = 735,6 мм.рт.ст = 98,1 кПа Нормальные технические условия t = 15˚ С = 288 К
Идеальным называется газ, в котором отсутствуют силы взаимодействия между молекулами, размер самих частиц бесконечно мал по сравнению с расстоянием между ними. К идеальным газам относят: атмосферный воздух (водяной пар), продукты сгорания органического топлива. Водяной пар полученный из Н2О в результате подвода к ней Q – есть реальный газ. Уравнение Клапейрона.
- газовая постоянная – это есть работа, которую надо совершить над 1 кг газа в изобарном процессе с тем, чтобы его температура изменилась на 1К.
Газовые смеси. Воздух: О2, N2, CO2, H2O, Ar Возможно три способа задания состава: 1) массовыми долями: gi
2) объемными долями: ri 3) мольными долями: ψi Для идеального газа соблюдается тождество: ri = ψi Закон Дальтона: общее давление смеси равно сумме парциальных давлений компонентов смеси. Парциальное давление – это давление, которое имел бы газ, если бы занимал весь объем смеси при той же температуре. - кажущаяся молекулярная масса.
Энтропия. , d –оператор дифференциала - знак элементарного количества при бесконечно малом изменении параметров. Теплота и работа не являются функциями состояния, есть характеристики процесса, а потому не могут быть дифференцируемыми. - для идеального газа Энтропия есть мера необратимости процесса, это понятие позволило выразить аналитически II закон термодинамики. Свойства:
- для обратимых процессов - для необратимых процессов
подвод q – S увеличивается, отвод q – S уменьшается. Теплоемкость вещества. Это физический параметр, характеризующий способность вещества воспринимать или отдавать энергию в форме теплоты. ~ ~ Зависит от: 1) природы вещества, 2) его количества, параметров состояния, 3) условий проведения процесса подвода или отвода теплоты.
1) 2) Ar, Xe, Ne, Kr, He –теплоемкость от температуры не зависит ~ 300 К неизменна для O2, N2, H2 для остальных с увеличением Т, С увеличивается 3) Р = const – подвод и отвод теплоты, V = const Законы термодинамики. Техническая термодинамика – это закономерности преобразования теплоты и работы. I закон: невозможно создать вечный двигатель I-го рода. Q ~ L - работа изменения объема. в дифференциальной форме
Для открытой системы: - техническая работа, знак “-“ говорит о том, что эта работа прикладывается к макротелу, расположенному в точке.
II закон термодинамики: невозможно создать вечный двигатель II-го рода.
Не вся теплота преобразуется в работу, часть ее нужно отвести к холодному источнику, без холодного источника – это вечный двигатель II-го рода.
Форм. Карно: превращение теплоты в работу возможно в двигателях при наличии двух источников теплоты, Т1>Т2, т.е.необходимым условием для получения работы является разность температур.
Форм. Томсона: не вся теплота, полученная от горячего источника, может перейти в работу, а только часть ее, другая часть должна перейти к холодному источнику.
Форм. Клаузиуса: теплота сама собой не может переходить от холодного тела к более нагретому. Форм. Оствальда: невозможно создать вечный двигатель II-го рода, т.е. двигатель без холодного источника. , рассматривается идеальный газ.
т.к.
- для открытой системы > - для необратимых процессов, = для обратимых
III закон термодинамики (Теория Нернста): невозможно создать вечный двигатель III-го рода.
Вблизи абсолютного нуля температур теплообмен с окружающей средой не происходит, так как изотермический процесс одновременно является адиабатным. Невозможно охладить систему до абсолютного нуля температур путем отвода теплоты. Абсолютный ноль температуры недостижим. Невозможно создать вечный двигатель III-го рода, у которого в качестве холодного источника было бы тело с абсолютным нулем температур, Т = 0 К. В любой термодинамической системе процесс, проведенный при Т = 0 К, сопровождается изменением энтропии равном 0. Эксэргия – работоспособная часть энергии Q = e + a – объединенное выражение для всех законов термодинамики. Анергия – неработоспособная часть энергии. Работа любого вида есть чистая эксэргия.
e – функция состояния второго порядка. ос – окружающая среда.
Политропный процесс. СП = const PVn = const – уравнение политропы,
n - показатель политропы, - ∞ ≤ n ≤ + ∞ n = 0 → P = const, n = 1 → T = const, n = k → адиабатный n = ∞ → ν = const 1 < n < k для (реальных) идеального газа
Пар. 1) Насыщенный – при параметрах насыщения Рн и tн 2) перегретый – имеет Т больше, чем температура насыщения пара такого же давления. - влажный насыщенный – содержит капли влаги; - сухой насыщенный – не содержит влаги;
Вводится дополнительный параметр: х – степень сухости, 0 ≤ х ≤ 1 х = 0 – кипящая жидкость (V’, h’, S’); х = 1 – сухой насыщенный пар (V’’, h’’, S’’) 0 ≤ х ≤ 1 – влажный насыщенный пар (Vx, hx, Sx) ¦ (Pн, tн) V, h, S – параметры воды и перегретого пара. ¦ (Р, t)
Тройная точка: tтр = 0,01˚ С Ртр = 611 Па, V = 0,001 Критическая точка: tкр = 374,12˚ С Ркр = 221,15 бар = 22,115 МПа, V = 0,003147
P, V; T, S; h, S
C – тройная точка; t > tн Изобарно-изотермический процесс К – критическая точка; удельная теплота парообразования АС – таяние льда. Удельная теплота парообразования – это теплота, которую необходимо подвести к 1 кг кипящей жидкости с тем, чтобы ее полностью превратить в сухой насыщенный пар. B, T, S – r площадь, а b, h, s – r длина отрезка. Первая часть таблицы связана с рассмотрением водяного пара в состоянии насыщения.
1 бар 99,63 100 1,003 Вторая часть таблица для воды и перегретого пара.
V, h, S → ¦ (P, t) (Истечение газов и паров) Влажный воздух. O2 N2 CO2 Ar H2O Влажный воздух = сухой воздух + пары Н2О
Закон Дальтона: Парциальное давление компонента – это давление, которое имел бы компонент, если бы занимал весь объем. Параметры влажного воздуха. 1) абсолютная влажность численно равна массе пара в 1 м3 влажного воздуха. , max значение имеет при параметрах насыщения. 2) относительная влажность – отношение действ. абсолютной влажности к ее максимальному значению при той же t смеси. - давление насыщения (R, T) = const 3) влагосодержание – это отношение массы водяного пара к массе сухого воздуха. , Р –общее давление смеси. 4) температура точки россы – это t, при которой влажность воздуха достигает температуры насыщения, и водяной пар будет конденсироваться. 5) теплоемкость смеси: , -обладает свойствами аддитивности
6) энтальпия влажного воздуха:
ЛЕКЦИЯ №8
Если - процесс сопровождается увеличением температуры. j - относительная влажность воздуха d - влагосодержание воздуха. Рв.п. – абсолютная влажность.
Основы теории теплообмена. Теплообмен – это перенос энергии в форме теплоты, он самопроизвольный и необратимый. Обмен внутренней энергией между элементами среды с неоднородным в пространстве полем температуры. Температура пространственного тела в общем случае зависит от: - координат точки тела; - времени; - температурное поле однородно, если t всех точек тела одинаковы; - неоднородно, если неодинаковы; - если температурное поле изменяется во времени, то называется нестационарным ; - если не зависит, называется стационарным; - если температурное поле зависит от одной координаты, то его называют одномерным . Совокупность всех точек в пространстве, имеющих в заданный момент времени одинаковую температуру, образуют изотермическую поверхность, а на плоскости образуют линию, называемую изотермой. Изотермы между собой не пересекаются, они могут выходить за границы тела. Вдоль изотермы (изотермической поверхности) температурное поле однородно. Температуры в теле могут изменяться только в направлении, пересекающем изотерму (изотермические поверхности). Степень неоднородности температурного поля по любому направлению ℓ, пересекающем изотерму характеризуется скоростью изменения температуры в этом направлении: . Наибольшее значение скорости изменения температуры имеет по нормали к изотермической поверхности и называется градиентом температуры.
Максимальная скорость изменения температуры по нормали к изотерме называется градиентом температуры. Градиент температуры – «движущая сила» переноса теплоты, причем перенос теплоты происходит в противоположном grad t направлении, а именно в сторону уменьшения t. Количественные характеристики переноса теплоты: - количество теплоты Q, Дж; - количество теплоты в единицу времени -тепловой поток, - плотность теплового ; - - линейная плотность теплового потока, Закон Фурье
Плотность теплового потока прямопропорциональна градиенту температуры. „ - ” показывает разнонаправленность этих векторов, λ – теплопроводность, Теплопроводность численно равна количеству теплоты переносимому в единицу времени через единицу площади изотермической поверхности при grad t =1 .Она является физическим параметром и характеризует способность вещества проводить теплоту, зависит от природы и состояния вещества. Определяется опытным путём, находится по таблицам теплофизических свойств индивидуальных веществ. Лучшими теплопроводниками являются металлы: - λ= 3-468 (наибольшая для Ag) Для жидкостей: - λ= 0,07-0,7 Для больших жидких сред теплопроводность уменьшается с увеличением температуры.
Для газов: λ= 0,005-0,5 Для воздуха при t = 8˚С, λ= 0,0294 . С увеличением влажности, теплопроводность увеличивается. , где a-температуропроводность тела,(м2/с). a -это физическая величина, характеризующая скорость изменения температуры в теле и является мерой его теплоинерционных свойств, зависит от природы вещества и его физического состояния. Играет важную роль при нестационарной теплопроводности. C-теплоёмкость, ρ -плотность. Для определения знака t в любой точке тела необходимо знать частные особенности температурной функции. где С1 и С2 – производные постоянные, которые могут принимать любые значения. Для того, чтобы эта функция была однозначной, необходимую задать частные особенности её существования в конкретной задаче, что конкретизирует значения С1 и С2. К ним относится: 1) форма и размеры тела 2) его физические параметры (λ, ρ, C, a) 3) начальное распределение температуры в теле (начальное условие), при . 4) условие теплообмена на границе с внешней средой (граничные условия). Совокупность начальных и граничных условий называют краевыми условиями. 1) граничные условия 1-го рода - задаётся распределением t на поверхности тела для любого момента времени 2) граничные условия 2-города – задаётся поверхностная плотность теплового потока для каждой точки в любой момент времени 3) граничные условия 3-го рода - задаётся температурой окружающей среды и законом теплоотдачи между поверхностью и окружающей средой. Стационарная теплопроводность. - плоская однослойная стенка
δ -толщина, рассмотрим установившийся режим, т.е. на поверхностях , при этом tc1 › tc2.
Теплопроводность λ=const. Внутренний теплоисточник отсутствует qv = 0, рассматриваются граничные условия 1-го рода. 1) при x=0 → t = tc1 2) при x=0 → t = tc2 Функция распределения теплоты по толщине стенки Чем больше угол наклона, тем меньше теплопроводность стенки λ.
Температура измеряется по линейному закону. Зная температуру можно рассчитать другие характеристики: 1) плотность теплового потока где R – термическое внутреннее сопротивление теплопроводности стенки.
- многослойная плоская стенка λ=const, , qv=0,
1-й слой: q=const Выражение справедливо для любого слоя (плотность теплового потока) Ri- термическое сопротивление i-го слоя, К- номер стыка Измеряется по линейному закону, но наклон их различен. С увеличением сопротивления, уменьшается теплопроводность. - цилиндрические стенки r = r1→ t = tc1, r = r2→ t = tc2, r →d
Уравнение для текущей температуры
где d – текущий диаметр. При анализах теплопроводности цилиндрических стенок используют линейную плотность теплового потока.
Rλl - линейное термическое сопротивление теплопроводности трубы. Линейная плотность теплового потока для многослойной цилиндрической стенки. При трубка считается тонкостенной, и расчёт ведут, как для плоской стенки где dср=0,5(d2+d1) При свободной конвекции Турбулизация
Теплоотдача при поперечном обтекании труб и трубных пучков. Nu= CRemGrnPrkEcElEn - среднее значение, ж-опр.температура жидкости, d-опр.размер-диаметр , с-температура стенки , ж-температура жидкости
Обтекание одиночной трубы min толщина слоя Турбулизация при Re = 10-103, с = 0,5; m = 0,5; k = 0,38 при Re = 103- 2*105, с = 0,25; m = 0,6; k = 0,38
для возд. с = 0,43; m = 0,5
для возд. с = 0,216; m = 0,53
Срыв потока
Пучок труб Еп = ЕiЕψЕs, Еi - множитель, учитывающий N ряда труб в пучках, Е1=0,6; Е2(шахм)=0,4; Е2(корид)=0,9; Е3=1 Продольный Поперечный
S2 S2 j S1 60 S1 dн 30 0 происх.турбулиз.
Коридорный пучок Шахматный пучок Интенсивность Интенсивность
С 3-го ряда установившийся теплообмен, Е4-коэффициент, учитывающий влияние угла атаки потока на пучок -если < атаки 0, Е4=1 30°, Е4=0,95 60°, Е4=0,67 80°, Е4=0,55 Еs- влияние относительных поперечного и продольного шагов. относительный шаг
Для шахматного пучка при S1/S2<2, Еs= (S1/S2)1/6 S1/S2≥2, Еs=1,12 Для коридорного пучка Еs= (S2/dн)0,15 Для коридорных пучков c=0,26; m=0,65; k=0,33 Для шахматных пучков c=0,41; m=0,6; k=0,33 Турбулизация потока в шахматном пучке выше, чем в коридорном, и теплоотдача при прочих равных условиях выше. Теплоотдача при кипении и конденсации выше, чем в однофазной жидкости, за счет фазового перехода. Теплоотдача при кипении ∆t- степень перегрева жидкости стенки относительно tн режимы кипения в большом объёме: 1) Исп. при активной конвекции а; 2)Пузырьковый режим кипячения b, пленочное кипение.
Плотность теплового потока достигает своего max значения. называемого критическим qкр1, r- удельная теплота парообразования, σ-коэффициент поверхностного натяжения жидкости, ρ- плотность Для воды при атмосферном давлении ∆tкр=23-27°С αкр=46,5*103 Вт/м2К qкр= 1,16*106 Вт/м2 Лобунцов предложил Критериальное уравнение теплоотдачи: σ- коэффициент повышения натяжения α=3,0q0,7p0,15 α= 38,7∆t2,33p0,5 q- плотность теплового потока p- давление в барах ∆t- разность температур Теплоотдача при конденсации tс < tн В зависимости от состояния поверхности, природы жидкости конденсация может быть - пленочная - капельная кондуктивный перенос
конвективный
Кd- критерий конденсации, Grан - критерий Галилея Grан = q(l*)2/ υн2 Кн - критерий Кутателадзе Кн = r/(сp∆tн)
Определенный размер - высота или диаметр горизонтальной трубы Коэффициент с для вертикальных труб и стенок 0,42, для горизонтальных 0,72 mв=0,28; mг=0,25. Эмпирические формулы для определения среднего коэффициента теплоотдачи. с=0,943-вертикальная труба, d опр. с=0,728-горизонтальная труба, d опр. l*→d Закон Планка Плотность потока излучения при данном значении длины волны (спектральная плотность потока излучения) для абсолютно черного тела. λ- длина волны Т - абсолютная температура тела, К с1=3,68*10-16, Вт/м2 с2=1,44*10-2, Вт/мК е-экспонента закон смещения Вина λmaxТ=2,89*10-3,мК Отражает смещение максимума спектральной плотности с увеличением температуры в сторону коротких длин волн.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2020-10-24; просмотров: 178; 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 - 3.135.190.232 (0.411 с.) |