Перечислите свойства идеальных газов. Напишите уравнение состояния для любого

Перечислите свойства идеальных газов. Напишите уравнение состояния для любого

Количества газа. Укажите размерность всех величин входящих в это уравнение.

Газ у которого отсутствуют силы взаимодействия между молекулами, а их объем равен нулю, называется идеальным.

Свойства идеальных газов

-Взаимодействие между молекулами пренебрежительно мало.

-Расстояние между ними намного больше размеров молекул.

-молекулы - это упругие шары

-отталкивание молекул возможно только при соударении

- движение молекул -по законам Ньютона

-Давление газа на стенки сосуда оказывается за счёт ударов молекул газа.

Уравнение состояния для любого кол-ва газа

PV=mR_оT

где

p-давление (Па)

V-объём газа (кг)

m - масса газа (кг)

R_о- газовая постоянная (ДЖ/кг*К)

T- абсолютная температура (К)

Охарактеризуйте величины, называющиеся основными термодинамическими пара-

Метрами состояния. Укажите размерность этих величин.

Давление (Р)-сила, кот. действует на единицу площади поверхности тела перпендикулярно последней. (Па)

Абсолютная температура (Т)- характеризует степень нагретости тела. (К)

Удельный объем (v)- величина равная отношению объема к его массе (м³/кг)

Плотность (p)- величина равная отношению массы к объему (кг/м³)

Дайте определение «давление». Охарактеризуйте виды давления. Укажите единицы

Измерения давления.

Давление (Р)- сила, которая действует на единицу площади поверхности тела перпендикулярно последней (Па)

Виды давления

абсолютное - полное давление, под которым находится газ (Р_абс)

барометрическое (атмосферное) - давление граыитации на все находящиеся в атмосфере предметы. Нормальное атмосферное давление 760 мм РТ ст при температуре 0^о (Р_бар)

давление газа больше атмосферного называется избыточным (манометрическим) (Р_изб)

если давление ниже атмосферного то оно называется разряженным или вакуумным (Р_вак)

Сформулируйте определение закона Гей-Люссака и напишите уравнение. Изобразите

В p,v-диаграмме процесс, подчиняющийся этому закону.

Если нагреть или охладить одно и то же количество газа при постоянном давлении (р1=р2), то объём газа изменится прямо пропорционально его абсолютной температуре (U1/U2=T1/T2)

изобарный процесс р=const

Сформулируйте определение закона Бойля-Мариотта и напишите уравнение. Изобра-

зите в p,v-диаграмме процесс, подчиняющийся этому закону.

Опытным путём было установлено, что если постоянное количество газа например 1 кг при постоянной температуре (Т1=Т2) будет переходить из одного состояния с параметрами p1 и u1 в другое с параметрами p2 и u2 то его давление будет изменяться обратно пропорционально объёму p1/p2=u2/u1 изотермический процесс (T=const)

Сформулируйте определение закона Шарля и напишите уравнение. Изобразите в p,v-

Дайте определение «термодинамический процесс». Укажите признаки необратимости процесса.

Термодинамический процесс - изменение состояния термодинамической системы при переходе из одного состояния в другое под воздействием окружающей среды.

Необратимым термодинамическим процессом называется термодинамический процесс, не допускающий возможности возвращения системы в первоначальное состояние без того, чтобы в окружающей среде остались какие-либо изменения.

Дайте определение «газовая смесь». Сформулируйте определение закона Дальтона,

Напишите уравнение.

Газовая смесь - смесь газов, не вступающих между собой в химические реакции.

По закону Дальтона смесь идеальных газов оказывает на стенки сосуда давление Р_см, равное сумме парциальных давлений ее компонентов, т. е.:

Р = Р₁+Р₂+Р₃+...+Р _n

где Р₁ , Р₂ ,Р₃ ,...Р _n - парциальные давления компонентов смеси (Па)

9. Изложите способы задания смеси массовыми долями. Дайте определение массовой

P и v для процесса.

Изотермический процесс - протекающий при постоянной температуре (Т=const).

pu=RT=const           p1/p2=u2/u1                 p1u1=p2u2

Для данного процесса.

Изобарный процесс - протекающий при постоянном давлении

p=const v1/v2=T1/T2

Для изохорного процесса.

изохорный процесс - протекающий при постоянном объёме

u=const          p/T=R/u=const             p1/p2=T1/T2

Установки в р,v--диаграмме.

Паросиловая установка предназначена для выработки пара и электроэнергии за счет теплоты, выделяемой при сжигании топлива.

Рабочим телом паросиловой установки является вода, которая в процессе преобразования сначала превращается в насыщенный перегретый пар, а затем конденсируется в воду. Характерной особенность рабочего процесса паросиловой установки является изменение агрегатного состояния рабочего тела.

Работа установки состоит в следующем. Питательная вода (конденсат и вода, возвращающаяся с предприятия) насосом (4) нагнетается в барабан парового котла (1). В барабане за счет химической теплоты топлива, которое сжигается в топке котла (топка на рис. 3 не показана), а в некоторых случаях за счет энергетического потенциала горючих или высокотемпературных вторичных энергоресурсов вода при постоянном давлении превращается во влажный насыщенный пар (Х = 0,9 – 0,95). Затем влажный насыщенный пар поступает в пароперегреватель котла (1'), где перегревается до заданной температуры. Перегретый пар направляется в паровую турбину (2). Здесь он адиабатно расширяется с получением полезной работы, которая с помощью генератора трансформируется в электрическую энергию. Современные турбины имеют ряд отборов, через которые пар направляется на технологические нужды цехов промышленного предприятия. После турбины отработанный пар направляется в конденсатор (3). Конденсатор представляет из себя обычный кожухотрубный теплообменник, основное назначение которого состоит в создании вакуума за турбиной. Это приводит к повышению теплопадения в турбине, что повышает экономичность цикла ПСУ. В конденсаторе за счет отвода теплоты от отработанного пара к охлаждающей воде он конденсируется. Полученный конденсат насосом (4) вновь подается в барабан котла.

На рис. 21 представлен цикл ПСУ в диаграмме p, v. Линия 1–2–3–4 соответствует изобарному процессу получения перегретого пара в паровом котле. Участок 1-2 характеризует процесс нагревания питательной воды до температуры кипения, участок 2-3 соответствует процессу парообразования, т.е. превращение воды в пар, участок 3-4 характеризует процесс перегрева пара. Линия 4-5 отражает адиабатный процесс расширения пара в турбине. Отрезок 5-6 – изобарный процесс конденсации пара в конденсаторе. Линия 6-1 характеризует процесс повышения давления питательной воды в насосе.

Диаграмме.

Теоретическим циклом паротурбинных установок является цикл Ренкина. В цикле Ренкина предусматривается полная конденсация пара в конденсаторе, поступающего из турбины. В схеме, работающей по Ренкину, компрессор влажного пара заменен водяным насосом. В паровой котел установили пароперегреватель. В паросиловой установке (ПСУ), работающей по циклу Ренкина, изобарный подвод теплоты не заканчивается при достижении паром степени сухости х = 1, а продолжается процессом перегрева пара, что увеличивает среднюю температуру подвода теплоты и уменьшает влажность пара в конце процесса расширения. Изобарный и изотермический отвод теплоты продолжается до полной конденсации пара. Это позволяет отказаться от парового компрессора и заменить его обычным насосом. ПСУ работает следующим образом. Перегретый пар из парового котла ПК поступает в поршневой паровой двигатель или турбину Т, где адиабатно расширяется. Производимая при этом работа используется для привода потребителя механической энергии. Чаще всего таким потребителем является электрогенератор ЭГ,. Отработанный пар из турбины поступает в конденсатор К, где полностью конденсируется, отдавая теплоту циркуляционной воде. Конденсат поступает в питательный насос ПН, который возвращает его в паровой котел, где вода нагревается до кипения, превращается в насыщенный, а затем перегретый пар, воспринимая теплоту, выделяющуюся при сгорании органического топлива в топке ПК

 

Теплоты теплопроводностью.

Теплопроводность - такой вид теплообмена, когда носителями теплоты являются микрочастицы вещества (например, молекулы); посредством теплового движения они перемещаются из области с более высокой температурой в область, где температура ниже.

Теплопроводность –молекулярный перенос теплоты, обусловленный разностью температур между различными частями тела. Совершая непрерывные хаотические движения, молекулы, атомы, электроны и другие микрочастицы, из которых состоят тела, сталкиваются друг с другом, при этом частицы, обладающие большей энергией, передают ее частично частицам с меньшей энергией

Теплового потока.

Многослойная стенка. Формулой для определения теплового потока можно воспользоваться для расчета через стенку, состоящую из нескольких плотно прилегающих друг к другу слоев разнородных материалов (рис. 9.2). Например, кирпичную стенку здания, покрытую слоем штукатурки, краски и т. д. Термическое сопротивление такой стенки равно сумме термических сопротивлений отдельных слоев:

Рис. 9.2 Распределение температуры по толщине многослойной плоской стенки.

 

В формулу теплового потока нужно подставить разность температур в тех точках (поверхностях), между которыми «включены» все суммируемые термические сопротивления, т. е. в данном случае и :

Последнее выражение легко получить, записав разность температур по формуле для каждого из п слоев многослойной стенки и сложив все п выражений с учетом того, что во всех слоях Q имеет одно и то же значение. При сложении все промежуточные температуры сократятся.

Распределение температур в пределах каждого слоя—линейное, однако в различных слоях крутизна температурной зависимости различна, поскольку согласно формуле . Плотность теплового потока, проходящего через все слои, в стационарном режиме одинакова, а коэффициент теплопроводности слоев различен, следовательно, более резко температура меняется в слоях с меньшей теплопроводностью. Так, в примере на рис. 9.2 наименьшей теплопроводностью обладает материал второго слоя, а наибольшей — третьего.

Рассчитав тепловой поток через многослойную стенку, можно определить падение температуры в каждом слое по соотношению и найти температуры на границах всех слоев. Это очень важно при использовании в качестве теплоизоляторов материалов с ограниченной допустимой температурой. Обобщенную формулу для расчета температуры за любым слоем можно получить из выражения

, подставив в него n = k:

Теплового потока.

Однородная плоская стенка. Простейшей и очень распространенной задачей, решаемой теорией теплообмена, является определение плотности теплового потока, передаваемого через плоскую стенку толщиной δ, на поверхностях которой поддерживаются температуры t_c1 и t_c2 (рис. 8.2). Температура изменяется только по толщине пластины — по одной координате х. Такие задачи называются одномерными, решения их наиболее просты, Учитывая, что для одномерного случая

,

и используя основной закон теплопроводности, получаем дифференциальное уравнение стационарной теплопроводности для плоской стенки: . В стационарных условиях, когда энергия не расходуется на нагрев, плотность теплового потока q неизменна по толщине стенки.

 

 

Рис. 9.1 Стационарное распределение температуры по толщине плоской стенки

 

В большинстве практических задач приближенно предполагается, что коэффициент теплопроводности l к не зависит от температуры и одинаков по всей толщине стенки. Значение l находят в справочниках при температуре , средней между температурами поверхностей стенки При , , т. е. зависимость температуры t от координаты x линейна (рис. 9.1).

Разделив переменные в последнем уравнении и проинтегрировав по t от t_c1 до t_c2 и по х от 0 до δ:

получим зависимость для расчета плотности теплового потока или .

Полученная простейшая формула имеет очень широкое распространение в тепловых расчетах. По этой формуле не только рассчитывают плотности теплового потока через плоские стенки, но и делают оценки для случаев более сложных, упрощенно заменяя в расчетах стенки сложной конфигурации на плоскую. Иногда уже на основании оценки тот или иной вариант отвергается без дальнейших затрат времени на его детальную проработку.

С помощью этой формул можно рассчитать коэффициент теплопроводности материала, если экспериментально замерить тепловой поток и разность температур на поверхностях пластины (стенки) известных размеров.

Отношение называется тепловой проводимостью стенки, а обратная величина тепловым или термическим сопротивлением стенки и обозначается . Пользуясь понятием термического сопротивления, формулу для расчета теплового потока можно представить в виде

аналогичном закону Ома в электротехнике (сила электрического тока равна разности потенциалов, деленной на электрическое сопротивление проводника, по которому течет ток). Очень часто термическим сопротивлением называют величину , которая равна термическому сопротивлению плоской стенки площадью 1 м².

Закона.

35.Сформулируйте определение теплопередачи и приведите примеры теплопередачи.

Примеры теплопередачи:

- Газовая или электрическая плита и, например, сковорода для жарки яиц.

- Включенный тостер превращает кусок хлеба в тост. Это связано с лучистой тепловой энергией тоста, который вытягивает влагу из хлеба и делает его хрустящим.

- Горячая чашка дымящегося какао согревает руки.

- Любое пламя, начиная от спичечного пламени и заканчивая массивными лесными пожарами.

- Система радиатора или отопления в доме обеспечивает тепло в течение долгих и холодных зимних месяцев.

- Обычные печи являются источниками конвекции, в результате чего помещенный в них пищевой продукт нагревается, и запускается процесс приготовления.

- Примеры теплопередачи можно наблюдать и в своем собственном теле, взяв в руку кусочек льда.

Коэффициентом теплоотдачи называется физическая величина, которая характеризует интенсивность теплоотдачи при известном изменении температуры. Измеряется в Вт/(м²·К)

 

где — плотность теплового потока, — температурный напор. Величина q — это количество теплоты, которое передается через единичную площадь поверхности тела в единицу времени. находят как модуль разности температур жидкости и поверхности тела.

Плотности теплового потока.

Рассмотрим цилиндрическую стенку, которая состоит из трех плот­но прилегающих друг к другу слоев. Температура внутренней по­верхности стенки , наружной ; коэффициенты теплопровод­ности слоев , , ; диаметры слоев , , , . Температура каждого слоя стенки изменяется по логарифмической кривой. Общая температурная кривая представляет собой ломаную лога­рифмическую кривую. При стационарном режиме через все слои проходит один и тот же тепловой поток. На основе формулы для однослойной цилиндрической стенки получена формула расчёта теплового потока для трёхслойной цилиндрической стенки:

Для многослойной цилиндрической стенки, имеющей n слоев:

Плотность теплового потока, отнесенная к внутренней или на­ружной поверхности, определяется по уравнениям

    

 

Плотности теплового потока.

Рассмотрим однослойную цилиндрическую стенку длиной l, с внутренним радиусом r 1 и наружным радиусом r 2 (рис. 1.10). Поверхности трубы поддерживаются при постоянных температурах t 1 и t 2. Температура меняется только в направлении радиуса. Выделим внутри стенки тонкий кольцевой слой радиусом r и толщиной dr, тогда можно принять этот элементарный слой как плоскую стенку. По закону Фурье для плоской стенки можно записать следующее уравнение:

 

Для кольцевого слоя:

Разделяя переменные и интегрируя полученное уравнение теплового потока для кольцевого слоя в пределах от t1 до t2 и от r до r и при = const, получаем зависимость:

  (1)

Откуда

(2)

Как видно из уравнения (1), распределение температур в стенке цилиндрической трубы представляет собой логарифмическую кри­вую, а тепловой поток, проходящий через цилиндрическую стенку (2), определяется

заданными граничными условиями и зависит от отно­шения наружного диаметра к внутреннему. Плотность теплового потока может быть отнесена к единице длины трубы и к 1 м внутренней или внешней поверхности. Тогда расчетные фор­мулы, принимают вид:

Теплового потока.

Рассмотрим однослойную плоскую стенку, длина и ширина которой бесконечно велики по сравнению с толщиной δ, одинаковой по всей высоте (рис. 1.8). Температуры на поверхностях стенки t 1 и t 2 поддерживаются постоянными, т. е. поверхности являются изотермическими. Температура меняется только в направлении, перпендикулярном плоскости стенки, которое мы принимаем за ось Х.

Плотность теплового потока q рассчитывается из уравнения Фурье:

Зная удельный тепловой поток, можно вычислить общее количество теплоты Q τ, Дж, которое передается через плоскую стенку с площадью поверхности F за время τ

Таким образом, количество теплоты, которое передается теплопроводностью через плоскую стенку, прямо пропорционально коэффициенту теп­лопроводности стенки , ее площади F, промежутку времени , раз­ности температур на наружных поверхностях стенки (t1-t2) и обратно пропорционально толщине стенки . Тепловой поток за­висит не от абсолютного значения температур, а от их разности (t1-t2)= t, называемой температурным напором.

Теплового потока.

Температура горячей жидкости (среды) t^', холодной жидкости (среды)

ж

t''.

ж

Количество теплоты, переданной от горячей жидкости (среды)    к стенке по закону Ньютона-Рихмана имеет вид:

Q   1  (t Ж 1  t1)  F

где  – коэффициент теплоотдачи от горячей среды с температурой t^' к

1                                                                                                   ж

поверхности стенки с температурой t₁;

F – расчетная поверхность плоской стенки.

Тепловой поток, переданный через стенку определяется по уравнению:

Q



   (t1  t2)  F

Тепловой поток от второй поверхности стенки к холодной среде определяется по формуле:

Q   2  (t2  t Ж 2)  F

где

 ₂ – коэффициент теплоотдачи от второй поверхности стенки к

холодной среде с температурой t^''.

ж

Решая эти три уравнения получаем:

ж1

– t

ж2

Q = (t^{'   ''}   ) • F • К

1, 1

 1  2



 

– термические сопротивления теплоотдачи поверхностей стенки;

 - термическое сопротивление стенки.

Для многослойной плоской стенки полное термическое сопротивление будет определяться по следующей формуле:

0

R  1

  1   2

  3 ...  1

 1  1  2  3  2

а коэффициент теплопередачи:



К       1

  

1   1   2 

 1  1  2  3  2

 

Расчет теплопередачи через плоскую стенку удобно выполнять, используя поверхностную плотность теплового потока, которая, как известно, связана с тепловым потоком простым соотношением q = Q/F

 

3 ...  1

Кона сохранения энергии.

Абсолю́тно чёрное те́ло — физическое тело, которое при любой температуре поглощает всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах.

Абсолютно белое тело – тело, которое отражает все падающие на него лучи. ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ - величина, характеризующая способность поверхности тела или границ раздела двух сред отражать падающий на неё поток эл--магн. излучения или упругих волн.

Абсолютно прозрачное тело – тело, пропускающее всё падающее на него излучение, т.е. тело, совершенно не поглощающее и не отражающее падающее на него излучение. Сплошные среды с такими свойствами называются диатермическими.

Серое тело (или абсолютно серое тело) — тело, поглощательная способность которого меньше единицы, одинакова для всех длин волн и не зависит от температуры тела.

Перечислите свойства идеальных газов. Напишите уравнение состояния для любого