Методические основы анализа термодинамических процессов
К основным процессам, имеющим большое значение как для теоретических исследований, так и для практических работ в технике, относятся: - изохорный, протекающий при постоянном объеме; - изобарный, протекающий при постоянном давлении; - изотермический, протекающий при постоянной температуре; - адиабатный, протекающий при отсутствии теплообмена с внешней средой. Кроме того, существует группа процессов, являющихся при определенных условиях обобщающими для основных процессов. Эти процессы называются политропными. Для всех процессов принят общий метод исследований, который заключается в следующем: а) выводится уравнение процесса, устанавливающее связь между начальными и конечными параметрами рабочего тела в данном процессе; б) вычисляется работа изменения объема рабочего тела; в) определяется количество теплоты, участвующее в процессе; г) определяется изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии рабочего тела в исследуемом процессе; д) строиться схема превращения энергий в термодинамическом процессе согласно основному уравнению первого закона термодинамики. А.С.Ястрежембским был предложен весьма наглядный способ графической интерпретации превращения энергии в термодинамических процессах. Для этого вводятся следующие обозначения энергетических составляющих согласно первому закону термодинамики: - количество теплоты q, подводимое или отводимое от термодинамической системы, - изменение внутренней энергии системы Du, - совершенная или затраченная системой работа l. В качестве примера на рис. 4.1 показано взаимное расположение всех составляющих основного уравнения первого закона термодинамики. Штриховка указывает на то, что данная составляющая претерпевает изменение в процессе, а направление взаимного превращения всех энергетических факторов дается стрелками. На схеме, изображенной на рис. 4.1, показано, что вся теплота q, подводимая к рабочему телу из окружающей среды, идет на изменение внутренней энергии системы Du, а внешняя работа деформации не претерпевает никаких изменений, т.е. в этом процессе l = 0. При исследовании термодинамических процессов принимается, что все процессы равновесны и обратимы, теплоемкость рабочего тела – величина постоянная для любой точки процесса с = const. В любом термодинамическом процессе согласно первому закону термодинамики теплота q, подводимая к рабочему телу из окружающей среды, идет на изменение внутренней энергии Du и совершение работы l. Коэффициентом распределения теплоты y называется отношение изменения внутренней энергии Du к количеству теплоты q, подводимого к рабочему телу, при осуществлении термодинамического процесса: . Следовательно, на изменение внутренней энергии идет часть теплоты: , а на механическую работу пойдет другая часть количества теплоты: . Причем коэффициент распределения теплоты для определенного термодинамического процесса есть величина постоянная: y = const. Адиабатный процесс Процесс, протекающий без подвода и отвода теплоты, т.е. при отсутствии теплообмена рабочего тела с окружающей средой, называется адиабатным, следовательно, dq = 0 Þ q = 0. Выведем уравнение адиабаты. Из уравнения первого закона термодинамики при dq = 0 имеем: или . Разделив первое уравнение на второе, получим: Þ , где - показатель адиабаты, который определяется числом степеней свободы молекулы. Для одноатомного газа k = 1,66, для двухатомного k = 1,44, для трех- и многоатомных k = 1,33. Интегрируя последнее уравнение при условии, что k = const, находим: Þ . После потенцирования имеем: Þ . Следовательно, уравнение адиабаты при постоянном отношении теплоемкостей имеет вид: . Для показателя адиабаты справедливо также следующее выражение: , так как - уравнение Майера. Рассмотрим зависимость между основными параметрами в адиабатном процессе. Из уравнения адиабаты следует, что Þ . Если это соотношение параметров тела подставить в уравнение состояния для крайних точек процесса: , то после соответствующих преобразований найдем: ; . Поскольку k > 1, то в координатах р, u линия адиабаты идет круче линии изотермы: при адиабатном расширении давление понижается быстрее, чем при изотермическом, так как в процессе расширения уменьшается температура газа. Графики процесса в рu и Ts – диаграммах представлены на рис 4.2.
Рис. 4.2. Графики термодинамического процесса при s = const.
Работа расширения при адиабатном процессе согласно первому закону термодинамики совершается за счет уменьшения внутренней энергии и может быть вычислена по одной из следующих формул:
Изменение внутренней энергии: . Поскольку при адиабатном процессе dq = 0, энтропия рабочего тела не изменяется (ds = 0 и s = const). Следовательно, адиабатный процесс является одновременно изоэнтропным и изображается в T, s – диаграмме вертикальной прямой (рис. 4.2). Схема распределения энергии в адиабатном процессе представлена на рис. 4.3.
Популярное: Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... ©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (786)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |