Предмет и методы термодинамики. Понятия термодинамики: термодинамическая система, рабочее тело, реальный газ, идеальный газ

Предмет общей энергетики, основные понятия и определения

О. Э. -природные энергетические ресурсы и производство на их основе полезной энергии, прежде всего электрической.

Энергия - единая мера различных форм движения материи.

Энергетические ресурсы - материальные объекты в которых сосредоточена энергия возможная для использования.

Основные энергетические ресурсы:

- органическое топливо

-энергия рек

-ядерное топливо

Энергоресурсы могут быть возобновляемые (непрерывно восстанавливаемые природой: энергия ветра, солнца, воды) и не возобновляемые (ранее накопленные на планете, а в современных геологических условиях не образуются: органическое топливо, полезные ископаемые).

Первичная энергия – энергия, непосредственно извлекаемая из природных источников.

В настоящее время широко используется химическая энергия топлив. Мировые запасы органических топлив в настоящее время:

	Геологические запасы (млрд. т.у.т.)	Извлекаемые (млрд. т.у.т.)
Уголь	11200	2900
Нефть	740	370
Природный газ	630	500
Прочее	230	30
Всего	12800	3800

Геологические запасы - общие запасы топлива.

Извлекаемые запасы - часть геологических, которую экономически оправдано добывать.

Условное топливо – топливо с теплотой сгорания .

 

Современное состояние и тенденции развития мировой энергетики

Расход энергии - важный критерий развития общества, критерий качества жизни. Электрическая энергия вырабатывается на ТЭС, ГЭС, АЭС.

Структура мировой энергетики на конец XX века:

Россия:

ТЭС-58% эл. энергии

ГЭС-25% эл. энергии    

АЭС- 17% эл. энергии

США:

ТЭС ( на угле) - 55%

ТЭС (на газе) - 9,4%

ТЭС (на нефти) - 4,2%

АЭС-20,6%

ГЭС-10%

Прочие – 0,8%.

Норвегия:

ГЭС-99%.

Бразилия:

ГЭС-87%.

Франция:

АЭС-75%.

Бельгия:

АЭС-60%

Россия (2003 г.):

АЭС-16%

ТЭС-66%

ГЭС-18%.

 

 

Основные положения гидростатики: полное гидростатическое давление в точке, выражение гидростатического напора, сила действующая на плоскую поверхность в жидкости

Гидравлика - прикладная наука, изучающая поведение жидкостей и использующая поведение жидкости для решения прикладных задач.

Гидромеханика включает: гидростатику (изучает жидкость, находящуюся в покое) и гидродинамику (изучает жидкость, находящуюся в движении).Гидростатическое давление - напряжение, возникающее в жидкости под действием сжимаемых сил.    - величина гидростатического давления в точке.

Гидростатический напор - это постоянная величина, для всего объема неподвижной жидкости.

P₀

 

 

         

 

      А·  

                                              

                          h

 

    P₀

;

;

.

- выражение гидростатического напора в точке А.

-геометрический напор (геометрическая высота).

- пьезометрический напор (пьезометрическая высота).

    P₀

 

 

         

h_A

              

 

                                              

                       

 

 

                        F

 

 

 

 

Основные понятия гидродинамики: площадь живого сечения, смоченный периметр, гидравлический радиус, расход жидкости, средняя скорость потока, напорное и безнапорное течение, установившиеся и неустановившееся течение

Гидравлика - изучает законы движения жидкости.

Площадь живого сечения потока - площадь сечения потока, плоскостью перпендикулярной направлению движения. [F],.

Смоченный периметр – часть периметра живого сечения, соприкасающаяся со стенками канала. [χ], м.

Гидравлический радиус: R=, м.

Безнапорное течение- течение в открытом канале, когда поток имеет свободную поверхность, давление на поверхности равно давлению внешней среды.

Напорное течение- течение в закрытом канале, когда свободная поверхность потока отсутствует.

Расход жидкости - количество жидкости, проходящее через поперечное сечение в единицу времени.

массовый расход; объемный расход.

Средняя скорость потока: ω=, м/с.

Установившееся движение - неизменное во времени, при котором значение и скорость зависят только от координат: ω=f₁(x, y, z), P= f₂(x, y, z).

Неустановившееся движение - движение, все характеристики которого изменяются во времени, в точке рассматриваемого пространства: ω=f₁(x, y, z, t), P= f₂(x, y, z, t).

 

 

• Уравнение неразрывности потока

ω11= ω22= … =V=const –первое основное уравнение гидродинамики.

 

 

 

• Режимы течения жидкости. Критерий Рейнольдса

Существующие режимы течения:

-ламинарный;

-переходный;

-турбулентный.

Ламинарное – плавное течение, без завихрений. Траектории движения отдельных частиц эквидистанты. Ламинарное течение наблюдается при малых скоростях жидкости. В каналах малого сечения. При течении вязких жидкостей. С повышением скорости ламинарный режим переходит в турбулентный.

 

Турбулентное – сложное движение, бурный поток. Частицы совершают вращательное движение. Неустойчивый режим течения. Оценивается режим с помощью критерия Рейнольдца: .

где скорость потока.

характерный геометрический размер канала.

  кинематический коэффициент вязкости (указан в справочнике).

Для течения жидкости в закрытом канале:

 течение ламинарное

режим турбулентный

режим переходный

 

 

• Уравнение Бернулли

Второе основное уравнение гидродинамики.

Для идеального потока:

                                                               ,

где геометрические уровни первого и второго сечения потока.

пьезометрические напоры первого и второго сечений.

скоростные напоры первого и второго сечений.

гидравлический (гидростатический) напор.

давление, Па.

ускорение свободного падения.

                                                                   

Уравнение Бернулли для реального потока:

                                                               ,

где коэффициент Кориолиса, он учитывает неоднородность поля скоростей в сечении.

 потери напора на участке канала, обусловленного гидравлическим сопротивлением.

 

Выразим уравнение Бернулли через единицу удельной энергии, для этого умножим левую и правую части на g.

 

 

 

Потеря напора в потоке

Потери обусловлены гидравлическим сопротивлением канала.

  Гидравлическое сопротивление и потери напора бывает двух видов:

• местные потери;

• потери напора по длине.

Местные сопротивления обусловлены поворотами, расширениями и другими препятствиями: .

коэффициент местного сопротивления.

 

Потери напора по длине обусловлены трением потока о стенки канала зависят от шероховатости стенок. Рассчитываются по формуле Дарси: (для круглого канала).

коэффициент сопротивления по длине;

длина участка канала;

диаметр;

скоростной напор.

Для канала любой формы:

Суммарные потери напора на участке канала равны сумме всех местных потерь и потерь по длине:

 

 

 

Предмет и методы термодинамики. Понятия термодинамики: термодинамическая система, рабочее тело, реальный газ, идеальный газ

Термодинамика - раздел физики, изучающий законы превращения различных форм энергии и свойства веществ, участвующих в этих превращениях.

  Техническая термодинамика изучает взаимопревращения теплоты и работы.

  Термодинамический метод обладает особенностями:

1.дедукционный подход в исследовании.

2.термодинамический метод является феноменологическим (рассматривает вещество в целом, как объективно существующее, структуру вещества не изучает).

  Термодинамическая система - макроскопическая система, состоящая из большого количества микрочастиц.

  Рабочее тело – термодинамическая система, чаще газ или пар, предназначена для преобразования теплоты в работу.

   Реальный газ состоит из молекул конечных размеров, между которыми действуют силы.

Идеальный газ состоит из молекул с объемами равными нулю, силы не действуют между молекулами, взаимодействие сводится к соударению.

 

Теплота и работа

В термодинамическом процессе между участвующими телами происходит обмен энергии, в форме теплоты и работы.

Теплота - энергия перехода. Передача или превращение, если переход осуществляется посредством неупорядоченного движения микрочастиц. Q [Дж], q [Дж/кг].

Работа - энергия перехода, если переход осуществляется посредством направленного движения макротел. L [Дж], [Дж/кг].