Как взаимосвязаны Q и ds? Сформулируйте основное свойство TS-диаграмм?

Как взаимосвязаны Q и ds? Сформулируйте основное свойство TS-диаграмм?

1) В TS-диаграммах площадь заключ. м/у линией процесса и осью обсцисс численно равна количеству теплоты подводимому и отводимому данному процессу.

2) С помощью TS-диаграмм можно определить знаки Т и S

Количество теплоты участв. в процессе, зависит от пути перехода системы из начального в конечное состояния.

dS=dq/T, следовательно знаки dq и ds совпадают

T q_1-2=∫Tds

 

 

S

Работа при изменении объема газа

Газ оказывает давление на любую стенку сосуда. Если стенка подвижна (например, поршень на рис. 1), то сила давления F совершит работу L, переместив поршень на расстояние Dk.

Если Dk невелико, то давление газа останется примерно постоянным. Тогда работа будет равна:

L = P·F·Dk,

где F - площадь поршня,

Произведение F·Dk равно изменению объема газа DV от начального V1 до конечного V2 значения, т.е. F·Dk =DV = V1 - V2. Тогда L = P·(V2 - V1) = P·DV.

В изобарном процессе расширения газа P = const. Следовательно, при любом сколь угодно большом увеличении объема сила давления газа на поршень будет постоянной, и формула работы сохранит свой вид

L = P·(V2 - V1).

Как видно из рисунка 2, работа газа при изобарном расширении равна площади под графиком процесса.

 

К каким системам относится понятие «распологаемая работа»? из чего складывается распологаемая работа?

Понятие располагаемая работа относится к открытым системам

l₀ - располагаемая работа складывается из изменения потенциальной, кинетической и технической работы: l=l_k+l_n+l_тех; где lк=dw²₂/2 – dw₁²/2

Lп=g(z2-z1), dl₀= dw²/2+gdz+dl_тех

Располагаемая работа равна разности работы расширения и работы проталкивания dl₀= dl- dl_прот

Работа проталкивания равна разности двух работ:

1) работа выхода – работа совершаемая системой по преодолению сопротивления окружающей среды, находящейся справа от сечения II-II.

2) работа ввода – работа совершаемая окружающей средой, находящейся слева от сечения I-I.

 

11. Политропный процесс – процесс, который совершается при постоянной теплоёмкости рабочего тела

pvⁿ=const n – показатель полтропы n=(c-cp)/(c-cv) с – теплоёмкость конкретного процесса; cp – изобарная; cv – изохорная;

Изохорный процесс: с=cv, n=+-∞, (p^(1/n))v=const;

Изобарный процесс: с=cp, n=0, p=const;

Изотермический процесс: с=+-∞, n=1, pv=const;

Адиабатный процесс: с=0, n=cp/cv=k, p(v^k)=const;

Для 2-х точек политропного процесса можно записать соотношение p₁v₁ⁿ=pvⁿ → p1/p=(v₁/v)ⁿ

используя уравнение состояния идеального газа получим связь между другими параметрами состояния:

pv=RT, p1v1=RT1 → p/p1=Tv1/vT1

p/p1=Tv1/vT1=(v₁/v)ⁿ → T/T1=(v₁/v)^n-1

Tv^n-1=const T/T1=(p/p₁)^n-1/n

Получим связь между параметрами состояния изопроцессов:

Изохорный: v=const, T/T1=P/P1

Изобарный: T/T1=V/V1

Изотермический: P/P1=V1/V

Адиабатный: T/T1=(V1/V)^(k-1)=(P/P1)^(k-1/k)

 

12. В каком изопроцессе располагаемая работа равна работе изменения объёма? Св-ва pv-диаграммы. Почему в pv-координатах адиабата круче изотермы?

В изотермическом.

РV диаграмма и её свойства:

dl=pdν, l=∫pdν

В PV диаграмме работа расширений численно равна площади, заключённой между линией процесса и осью абсцисс dlo=∫νdp.

Располагаемая работа в PV диаграмме численно равна площади между линией процесса и осью ординат.

При обратимом адиабатном процессе идеального газа располагаемая рабо-та будет в к раз больше работы изменения объёма, а в изотермичес-ком процессе эти работы равны. На pv-диаграмме это отразится более крутым прохождением адиабаты.

 

Что представляет собой верхняя и нижняя пограничная кривые? Какие параметры включают в себя таблицы насыщенного и перегретого пара? Какие линии нанесены на HS – диаграмме и как ею пользоваться при расчетах?

Расчеты водяного пара производятся с помощью таблиц и диаграмм. Существует 3 вида таблиц водяного пара:

1)Таблицы 1го и 2го вида составлены для сост.насыщения, т.е в них содержатся параметры сухого насыщенного пара и кипящей воды.

2) Таблицы 3го вида составлены для некипящей воды и перегретого пара.

Если известна степень сухости X, то параметры данного влажного пара можно определить следующим образом:

V=V’’x+V’(1-x)

h=h’+rx

S=S’+rx/T_n

очень часто для расчетов используется HS диаграмма водяного пара.

На диаграмме имеются изотермы, изобары, изохоры, а также линии х=const. Изохоры проходят круче чем изобары. В области влажного пара изотермы совпадают с изобарами, т.к. вода при данном давлении кипит при t=const.

х=0 нижняя пограничная кривая

х=1 верхняя пограничная кривая

Пример задачи

Влаж.пар при давлении 1МПа и со степенью сухости х=0,8 нагревается при пост. Давлении до 300°С. Опр-ть кол-во теплоты, затраченное на нагрев.

P₁=1МПа, х=0,8, t₂=300°С, p=const, q=h₂-h₁

Решение

На пересечении линии х=0,8 и p==1МПа находим точку, отвечающую начальному состоянию пара.

Точку 2 находим на пересечении изобары 1МПа и изотермы 300°С.

 

21. На каких теоретических циклах базируются действительные циклы ДВС? Цикл Отто

1. v= const цикл Отто

2. p=const цикл Дизеля

3. смешанный подвод, часть теплоты подводится при v=const, а часть при p=const цикл Тринклера

Цикл подвода теплоты при v=const (цикл Отто)

Цикл Отто — термодинамический цикл, описывающий рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания с воспламенением сжатой смеси от постороннего источника энергии, цикл бензинового двигателя.

1—2 адиабатное сжатие рабочего тела;

2—3 изохорный подвод теплоты к рабочему телу;

3—4 адиабатное расширение рабочего тела;

4—1 изохорное охлаждение рабочего тела.

 

 

Тепловой поток и его плотность. Чем отличается стационарное поле от не стационарного? Св-ва изотермических поверхностей и линий. Температурный градиент. Как направлены векторы теплового потока и темп градиента

Теплопередача – учение о самопроизвольных необратимых процессах распространения теплоты с неоднородным полем температуры.

- теплопроводность

- конвекция

- тепловое излучение

Тепловой поток – кол-во теплоты, передаваемое от источника к приемнику Q [Вт]

Плотность теплового потока – кол-во теплоты, передаваемое от источника к приемнику за единицу времени через ед пов-ти перпендикулярно направлению этого теплового потока q [Вт/м²]

Температурное поле – совокупность значений температуры в каждой точке рассматриваемого пространства для любого момента времени

t = f (x, y, z, t) - трехмерное нестационарное – изменяется во времени

t = f (x, y, z) – Если температура тела функция только координат и не изменяется с течением времени, то температурное поле называется стационарным

Изотермическая пов-ть – геометрическая пов-ть точек с одинак темп

Температурный градиент – предел отношения разности температур м/у 2-мя изотермами к расстоянию м/у ними, измеренными по нормали, при условии, что это расстояние стремится к нулю.

gradt=lim(∆t/∆n)= t/ðn [К/м]

 

Чем отличается спектральная плотность излучения от интегральной? Как меняется длина волны, соответствующая максимальной интенсивности излучения с ростом температуры тела? Сформулируйте закон Стефана-Больцмана.

Поток энергии излучаемый с единицы поверхности тела в единицу времени во всем диапазоне длин волн от 0 до бесконечности называется полный или интегральный поток излучения.

Если рассмотреть излучение с единицы поверхности тела, то получим поверхностную плотность интегрального потока излучения или интегральную излучательную способность.

E=dQ/dF [Вт/м²]

Если рассмотреть излучение в узком диапазоне длин волн то получим поверхностную плотность спектрального потока излучения или спектральную излучательную способность тела.

E_λ=dE/dλ [Вт/м³]

Закон Вина выражает связь между температурой тела и длинной волны соответствующей максимальной излучательной способности тела:

Λ_m=(2.9 * 10^-3)/Т, м

Закон Стефана – Больцмана выражает зависимость между температурой и интегральной излучательной способностью тела

E₀=G₀T⁴- абс. Черное тело, где G₀=5.67 *10^-8 Вт/(м²К⁴)

Другой вид записи: E₀=С₀(T/100)⁴ , где С₀ – коэф-т излучения абсолютно черного тела., С₀ = 5.67 Вт/м²К⁴

Этот закон может применяться и для реальных тел. В этом случае необходимо ввести понятие степень черноты.

ε=Е/Е₀ – интегральная степень черноты.

ε_λ=Е_λ/Е_0λ – спектр.

 

Е_λ E₀=ε С₀(T/100)⁴ – для реального тела

 

Е_0λ

λ

Е_λ

Что называется эффективным потоком излучения? Что характеризует угловые коэффициенты от чего они зависят? Запишите в общем виде формулу теплового потока передаваемого от одного тела к другому при их взаимном расположении.

Q_пад

 

Q_погл Q_соб

Q_отр

Q_погл = Q_пад *A= Q_пад* ε

Q_эф= Q_соб+ Q_отр

Q_отр= Q_пад *(1-A)= Q_пад*(1- ε)

В результате лучистого теплообмена в данном теле будет накоплена энергия которую обозначают Qрез

Qрез= Q_погл- Q_соб

Qэф=Qсоб + (Qсоб+Qрез)(1/ε – 1)

 

T₁ F₁ ε₁

Qэф1

Qэф2 T₂ F₂ ε₂

Qэф1*ϕ₁₂ – часть излучения 1 тела которое попадает на 2-е.

Qэф2*ϕ₂₁ – 1-го на 2-е.

ϕ₁₂ и ϕ₂₁ – угловые коэффициенты, их величина зависит от формы и взаимного расположения тел.

Обладают свойством взаимности ϕ₁₂*F₁= ϕ₂₁*F₂

Q₁₂=Qэф1*ϕ₁₂ – Qэф2*ϕ₂₁

Вывод с помощью уравнения Стефана-Больцмана.

Q₁₂=C₁₂ϕ₁₂F₁[(T₁/100)⁴ – (T₂/100)⁴], где C₁₂=C₀ /[1+ ϕ₁₂(1/ε₁ – 1) + ϕ₂₁(1/ε₂ – 1)] – приведенный коэффициент излучения с 1-го на 2-е тело.

 

 

42. Сформулируйте понятие топливо. Дайте характеристику видов топлива. Какие требования предъявляются к топливам для автомобильных ДВС? Теплота сгорания топлива, низшая и высшая теплота сгорания.

Под топливами понимают вещества, выделяющие в результате каких либо преобразований (сгорания) теплоту, которая может быть использована.

Твердые топлива: естественные – дрова, торф, каменный и бурый уголь, сланцы; искусственные – древесный уголь, кокс, угольная пыль, брикеты.

Жидкое: естественное – нефть; искусственные – бензин, керосин, мазут, спирты, смолы и т.д.

Газообразное: естественное – природный газ; искусственные – коксовый газ, сжиженный нефтяной газ и др.

Требования:

1. Легкая испаряемость при различных температурах окружающейй среды.

2. Мелкость распыления при впрыске форсункой (важно для дизелей)

3. Плавность сгорания

4. Сгорания без кокса и нагарообразования.

5. Низкая токсичность, безопасность и по возможности малая стоимость.

Теплота сгорания - это количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании топлива.

Под высшей теплотой сгорания понимают то количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании вещества, включая теплоту конденсации водяных паров при охлаждении продуктов сгорания.

Низшая теплота сгорания соответствует тому количеству теплоты, которое выделяется при полном сгорании, без учёта теплоты конденсации водяного пара. Теплоту конденсации водяных паров также называют скрытой теплотой сгорания.

 

Что понимают под самовоспламенением? Дайте определение температуры самовоспламенения. Сформулируйте понятие воспламенения и дайте определение температуры воспламенения. Дайте определение концентрационных пределов зажигания.

Самовоспламенение, процесс, при котором реагирующая смесь, нагретая до определенной температуры t_c, самостоятельно саморазогревается и затем воспламеняется во всем объеме без участия внешнего источника зажигания.

Если температура стенок высока настолько, что скорость тепловыделения превышает скорость теплоотвода, то будет происходить непрерывный саморазогрев смеси, т.е. наступает самовоспламенение (взрыв).

Температура горючей смеси t_c,, выше которой возможно самоускорение реакции, называется температурой самовоспламенения.

Минимальная температура стенок камеры реагирования t_B, начиная с которой в реагирующей смеси данного состава наступает самовоспламенение, называют температурой воспламенения.

Таким образом, t_c, выше t_Bю. Их разность составляет в среднем 40…80 К и представляет собой саморазогрев смеси, предшествующий самовоспламенению. В период саморазогрева в системе происходит накопление теплоты и активных центров, приводящее к взрывному развитию реакции при достижении температуры t_с. Время предварительного саморазогрева системы называется периодом индукции или задержкой воспламенения.

Самовоспламенение характеризуется концентрационными пределами зажигания:

Пределы определяют нижнюю – предельно бедную и верхнюю – предельно богатую – объемные концентрации горючих газов в смеси, при которых возможно распространение пламени по всему объему смеси при возникновении воспламенения.

Дайте определение кривошипно-шатунного механизма, приведите основные элементы и их назначение. Из каких периодически повторяющихся процессов складывается рабочий цикл двигателя? Изобразите индикаторную диаграмму действительного цикла.

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) служит для преобразования возвратно-поступательных движений поршня во вращательное движение коленчатого вала, и наоборот. Детали КШМ делят на две группы, это подвижные и неподвижные детали:

подвижные: поршень с кольцами – воспринимает давление газов, поршневой палец – соединяет поршень с шатуном, шатун – соединяет поршень с коленвалом, коленчатый вал – воспринимает давление поршня посредством шатуна, маховик – сглаживает рывки за счёт инерции.

неподвижные: блок цилиндров - является остовом двигателя внутреннего сгорания, головка блока – составляет часть камеры сгорания, в ней расположены клапаны, поддон (картер) – сбор масла, гильзы цилиндров, крепежные детали, прокладки крышек блока – уплотнение.

Такт впуска, такт сжатия, такт сгорания (рабочий ход), такт выпуска.

Как взаимосвязаны Q и ds? Сформулируйте основное свойство TS-диаграмм?

1) В TS-диаграммах площадь заключ. м/у линией процесса и осью обсцисс численно равна количеству теплоты подводимому и отводимому данному процессу.

2) С помощью TS-диаграмм можно определить знаки Т и S

Количество теплоты участв. в процессе, зависит от пути перехода системы из начального в конечное состояния.

dS=dq/T, следовательно знаки dq и ds совпадают

T q_1-2=∫Tds

 

 

S