Основы теплотехники и гидравлики (стр. 4 )

Уравнение процесса .

Напишем уравнение состояния газа в точке – 1 - , аналогично для точки – 2 - .

Разделим одно уравнение на второе . Следовательно, изменение давлений прямо пропорционально изменению абсолютных температур.

Согласно первому закону термодинамики , а - работа, совершаемая газом. Но в данном случае , тогда , т. е. газ работы не совершает и поэтому .

Все подведенное тепло к газу расходуется на изменение внутренней его энергии.

Если тепло подводится, то внутренняя энергия возрастает и, наоборот.

1-2 – изохора подвода тепла.

1-2' – изохора отвода тепла.

Вопрос 11

Изобарный процесс. Его график в - координатах и основные уравнения

Изобарный процесс – это такое изменение состояния газа, в котором давление остается постоянным.

Такой процесс можно осуществить при нагреве или охлаждении газа в цилиндре с подвижным поршнем, нагруженном постоянной силой.

Основное уравнение изобарного процесса

1-2 – изобара подвода тепла.

1-2' – изобара отвода тепла.

Напишем уравнение состояния газа для точки -1- и точки -2-.

(1) (2) и разделим эти уравнения, тогда . Таким образом, в изобарном процессе изменение объемов газа прямо пропорционально изменению абсолютных температур.

Согласно первому закону термодинамики . Работа 1 кг газа при составит КДж/кг. Что графически изображается не площадкой под изобарой подвода тепла 1-2 (см. график). Но т. к. и , то КДж/кг, где R – удельная газовая постоянная.

Если нагревать М(кг) газа, то уравнение приобретает вид: КДж/кг.

Изменение внутренней энергии для изобарного процесса КДж/кг.

- массовая теплоемкость газа в процессе, но или , если КДж/кг. Энтальпия рабочего тела или полное теплосодержание. То КДж/кг. Количество подведенного тепла в изобарном процессе определяется как энтальпий в конце и начале процесса. КДж/кг, где Ср Массовая теплоемкость газа при постоянном давлении.

Вопрос 12

Изотермический процесс. Его график в - координатах и основные уравнения

Изотермическим процессом называется такое изменение состояния газа, при котором температура его тела постоянна.

Основное уравнение процесса . Процесс в - координатах изображается равнобокой гиперболой.

1-2 – изотерма расширения, когда тепло подводится

1-2' – изотерма сжатия (тепло отводится)

Напишем уравнение состояния газа в точке -1- и -2-: (1) (2), т. к. правые части уравнений одинаковы, то (Закон Бойля-Мариотта). Давление газа при постоянной температуре изменяется обратно пропорционально его объему. Согласно первому закону термодинамики , где КДж/кг. Изменение внутренней энергии не происходит, т. к. , то . Значит все тепло идет на выполнение работы, которую определяют графически площадкой под изотермой подвода тепла: или .

Изотермический процесс самый выгодный по преобразованию тепла в работу.

Вопрос 13

Адиабатный процесс. Его график в - координатах и основные уравнения

Адиабатным процессом называется процесс изменения состояния газа, протекающий без теплообмена с окружающей средой.

Такой процесс можно осуществить, если стенки цилиндра выполнить из абсолютно нетеплопроводного материала. В реальных условиях такой процесс неосуществим, но процессы протекающие в ДВС за короткое время t=0,002 с можно приближенно рассматривать как адиабатный. Т. к. за малый промежуток времени, в течение которого процессы расширения протекают, теплообменом можно пренебречь.

1-2 – адиабата расширения газа

1-2' – адиабата сжатия газа

Уравнение адиабатного процесса выводится из первого закона термодинамики, при этом учитывается, что внешне тепло в процессе не участвует. Т. е. , тогда , т. к. . Основное уравнение адиабатного процесса: - показатель адиабаты или– соотношение давлений и объемов в обратной зависимости.

Для определения работы газа воспользуемся уравнением: или .

Это значит, что работу в адиабатном процессе газ выполняет за счет уменьшения внутренней энергии.

Кроме рассмотренных процессов в термодинамике есть политропные процессы, которые имеют основное уравнение процесса: , где

- показатель политропы может изменяться от до

Если =0 то получим уравнение изобары.

При =1 получим уравнение изотермы

При =к получим уравнение адиабаты.