Предмет технической термодинамики и ее методы

Техническая тЕрмодинамика

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

направления 6.070104 "Морской и речной транспорт"

Специальности

"эксплуатация

судовых энергетических установок"

Керчь, 2010

Автор: Богатырева Е.В., старший преподаватель кафедры ­­­­­­­­­­­­ СЭУ КГМТУ.

Рецензенты: Конюков В.Л., к.т.н., доцент кафедры СЭУ КГМТУ;

Чуб О.П., директор УТЦ, механик I разряда по ДВС.

Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры СЭУ КГМТУ,

протокол № 9 от 15.04.2010 г.

Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании методической комиссии МФ КГМТУ,

протокол № 6 от 15.06.2010 г.

Методические указания утверждены на методическом совете КГМТУ,

протокол № 3 от 30.06.2010 г.

Ó Керченский государственный морской технологический университет

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Термодинамика является общетехнической дисциплиной, изучающей методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты.

Значение термодинамики для народного хозяйства трудно переоценить. Тепловые машины, аппараты и установки используются либо как основные, либо как вспомогательные во всех отраслях техники. На рыбообрабатывающих предприятиях и промысловых судах их используют для получения технологического пара и горячей воды, для выработки электроэнергии, для опреснения морской воды, для получения холода.

Целью изучения дисциплины «Техническая термодинамика» студентов, обучающихся по специальности «Эксплуатация судовых энергетических установок», является успешное освоение основных законов термодинамики и вытекающих из них общих теоретических положений, которые составляют основу для последующего изучения и количественного анализа рабочих циклов тепловых машин, а также освоение теории рабочих циклов тепловых двигателей и холодильных машин, термодинамических принципов получения теплоты.

В результате изучения дисциплины технической термодинамики студент должен

ЗНАТЬ:

Основные законы термодинамики, взаимные превращения теплоты в работу и работы в теплоту, условия для создания теплового двигателя. Термодинамические процессы идеального газа и реальных рабочих тел, уравнения процессов, связь между параметрами состояний, изображение процессов на термодинамических диаграммах, изменение функций состояния, теплоту и работы процессов. Истечение газов и паров из сопел и насадок, критические режимы течения, дросселирование рабочих тел. Рабочие циклы паровых и газовых двигателей, холодильных машин, их характеристики, работу и показатели эффективности, способы повышения тепловой экономичности.

УМЕТЬ:

Определять параметры состояния и функции состояния рабочих тел (газов, паров, газовых смесей). Проводить исследования термодинамических процессов идеальных газов и реальных рабочих тел, вычислять параметры конкретных состояний, находить изменения функций состояния в процессах, определять теплоту и работы процессов, находить параметры и функции состояния реальных рабочих тел с помощью таблиц и диаграмм. Определять скорость истечения из сопел и насадок для различных режимов, вычислять расход рабочей среды. Проводить исследования теоретических циклов газовых и паровых двигателей, определять параметры состояния в характерных точках, вычислять работу и теплоту, находить характеристики циклов и вычислять их термический КПД, для обратных циклов – холодильный коэффициент, делать сравнительный анализ различных циклов.

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Предмет технической термодинамики и ее методы

Наука, изучающая энергию, ее свойства, законы превращения энергии и особенности процессов этих превращений, называется термодинамикой.

Направление этой науки, которое изучает процессы взаимного превращения теплоты и работы, называется технической термодинамикой.

Исторически термодинамика возникла как наука, изучающая переход теплоты в механическую работу, что диктовалось необходимостью дать теоретические основы работы тепловых двигателей.

Значение термодинамики среди других наук весьма велико, так как почти все явления природы в той или иной степени связаны с процессами преобразования энергии.

Термодинамика базируется на фундаментальных законах /началах/, которые являются обобщением наблюдений над процессами, протекающими в природе независимо от конкретных свойств тел. Этим объясняется универсальность закономерностей и соотношений между физическими величинами, получаемых при термодинамических исследованиях.

Первое начало термодинамики представляет собой закон сохранения энергии в применении к процессам взаимного превращения теплоты и работы. Второе начало термодинамики характеризует направление процессов обмена энергией, протекающих в физических системах. В качестве третьего начала термодинамики принимается принцип недостижимости абсолютного нуля.

В ходе развития термодинамики сформировались методы изучения процессов, при протекании которых так или иначе проявляются свойства энергии. Среди них главная роль отводится феноменологическому (термодинамическому) методу, который базируется на эмпирических данных, наблюдениях и устанавливает связи только между макроскопическими характеристиками процессов, оставляя в стороне молекулярно-кинетическое представление о строении вещества. Преимущество данного метода состоит в том, что справедливость полученных с его помощью соотношений и выводов не нарушается, если в ходе наук углубляются или даже изменяются представления о строении веществ. Неотъемлемая принадлежность феноменологического метода – различные допущения, абстракции, с помощью которых рассматриваемые явления или процессы упрощаются (идеализируются) так, что могут быть описаны уравнениями и зависимостями, вытекающими из основных законов термодинамики. При этом изучаемый объект как бы обосабливается и противопоставляется неизучаемым телам, выступающим в роли окружающей или внешней среды. Одновременно идеальный процесс представляет собой тот образец, к которому следует стремиться в действительных условиях. В технической термодинамике рассматриваются и реальные условия протекания основных термодинамических процессов. Такое рассмотрение является связующим звеном между теоретической частью - технической термодинамикой, и практической - тепловыми двигателями, поршневыми машинами, холодильными установками и др. Поэтому техническая термодинамика занимается и вопросами разработки теории тепловых двигателей и установок. На основе этой теории формируются методы прямого преобразования теплоты в электрическую энергию, проводится анализ эффективности термодинамических циклов, процессов теплообмена, изучаются термодинамические свойства различных веществ, закономерности теплового движения и др.