Расчет термодинамических процессов идеального газа

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

Расчет параметров и термодинамических процессов идеального газа

Основные обозначения и определения теплотехнических величин

Таблица 1.1

Наимено- вание	Обозна-чение	Размер-ность	Расчет или измерение	Определение
Атмосферное давление	ратм	Па	Измеряется барометром.	Сила, действующая по нормали на единицу поверхности. При нормальных условиях ратм = 101,325 кПа.
Избыточное давление	ри	Па	Измеряется манометром	Давление выше атмосферного.
Вакуумное давление	рв	Па	Измеряется вакуумметром	Давление ниже атмосферного.
Абсолютное давление	р	Па	р = ратм + ризб;   р = ратм - рвак	Действительное давление внутри сосуда, отсчитываемое от абсолютного нуля.
Температура (по шкале Цельсия)	t	0C	Измеряется термометром, термометром сопротивления, термопарой и др.	Характеризует степень нагретости тела, интенсивность теплового движения частиц в теле.
Абсолютная температура (по шкале Кельвина)	Т	К	Т = t + 273,15
Масса	М	кг
Объем	V	м3
Удельный объем	v	м3/кг	v = V / М	Объем единицы массы вещества.
Плотность	r	кг/м3	r = М / V	Масса единицы объема вещества.
Молекулярная масса газа	m	кг	Табл. 2 приложения	Масса 1 кмоля газа в кг.
Универсальная газовая постоянная 1 кмоля газа	mR			Работа, совершаемая 1 молем идеального газа при изобарном расширении на 1 0С.
Газовая постоянная	R	Дж/(кг×К)	R = Табл. 2 приложения 2	Характеризует работу одного килограмма газа при постоянном давлении и изменении температуры на 1 К, определяется свойствами рабочих тел.
Теплоемкость (удельная массовая)	с	Дж/(кг×К)	с = ¶q/ dT;	Количество теплоты, которое необходимо сообщить единице массы вещества, чтобы повысить его температуру на 10С.
Внутренняя энергия.   Удельная внутренняя энергия.	U u	Дж     Дж/кг	U=М×u     u=cv×(Т2-Т1)	Cостоит из внутренней кинетической энергии тела, зависящей от скорости движения его микрочастиц и внутренней потенциальной энергии, зависящей от взаимодействия частиц и их взаимного расположения.
Удельное изменение внутренней энергии	Du	Дж/кг	Du = u2 – u1	Изменение внутренней энергии не зависит от характера процесса, а определяется начальным и конечным состоянием рабочего тела.
Энтальпия.   Удельная энпальпия.	H h	Дж     Дж/кг	H = U + p×V, H=М×h,   h = u + p×v, h=cp×(T2-T1)	Полная энергию тела, состоящая из внутренней энергии и энергии взаимодействия тела с окружающей средой.
Удельное изменение энтальпии	Dh	Дж/кг	Dh = h2 – h1	Изменение энтальпии не зависит от характера процесса, а определяется начальным и конечным состоянием рабочего тела.
Энтропия.   Удельная энтропия.	S s	Дж/К   Дж/(кг×К)	ds =	Характеризует направленность протекания процесса.
Удельное изменение энтропии	Ds	Дж/(кг×К)	Ds = s2 – s1	Изменение энтропии определяется начальным и конечным состоянием рабочего тела.
Удельная теплота	q	Дж/кг	q = T× ds	Количество теплоты подводимое (отводимое) к единице массы вещества.
Теплота	Q	Дж	Q = q × М	Форма передачи энергии. Количество теплоты подводимое (отводимое) к массе вещества.
Удельная работа		Дж/кг	=	Работа единицы массы рабочего тела, равна произведению давления на приращение объема. Характеристика закрытой системы.
Работа	L	Дж	L = ×М	Форма передачи энергии. Работа, совершаемая системой при изменении ее объема.
Внешняя работа (располагаемая)	р	Дж/кг	р= -	Удельная работа открытой системы, обменивающейся массой с окружающей средой, равна произведению объема на приращение давления.

Расчет термодинамических процессов идеального газа

Изменение состояния рабочего тела вследствие воздействия на него окружающей среды называется процессом. Процессы, происходящие в тепловых, холодильных машинах, могут происходить только при посредстве некоторого вещества – называемым рабочим телом. В термодинамике для простоты рассматривают условное рабочее тело – идеальный газ. Под идеальным газом понимают воображаемый газ, в котором отсутствуют силы притяжения между молекулами, а собственный объём молекул мал, по сравнению с объёмом межмолекулярного пространства (воздух, кислород, водород, азот и др.).

Существует множество процессов взаимопревращения теплоты в работу, однако далеко не все они технически реализуются просто.

Процессы, которые наиболее часто встречаются в технике, называются основными. Ими являются:

v=const – изохорный; р=const – изобарный;

Т=const – изотермический; s=const (dq=0) – адиабатный.

Эти и другие мыслимые процессы обобщаются так называемым

политропным (многообразным) процессом - р×vⁿ = const.

Чтобы рассчитать процесс необходимо знать два начальных параметра состояния, характер процесса и один параметр конечного состояния.

Примем следующий порядок расчета процесса:

1. Уравнение процесса - рvⁿ=const, где n – показатель политропы.

2. Значение показателя политропы.

Если в политропном процессе неизвестен показатель политропы, но известны параметры в начальном и конечном состояниях, то n можно рассчитать по формуле: n=ln /ln

3. Изображение процесса в рабочей p-v и тепловой Т- s диаграммах.

4. Связь между термодинамическими параметрами. Используем уравнение идеального газа:

.

Газовая постоянная R, коэффициент адиабаты k газов приведены в табл.2 приложения 2.

5. Изменение внутренней энергии - Du, Дж/кг.

6. Изменение энтальпии - Dh, Дж/кг.

7. Изменение энтропии - Ds, Дж/(кг×К).

8. Удельная работа процесса - , Дж/кг.

9. Удельная располагаемая работа - _р, Дж/кг.

10. Удельная теплота процесса – q, Дж/кг.

11. Теплоемкость процесса – с, Дж/(кг×К).

В таблице 1.2, 1.3 приведен расчет термодинамических процессов в выше указанной последовательности.

Таблица 1.2

	Изобарный - р=const	Изохорный - v=const	Изотермический -Т=const
	n = 0		n = 1
	Du=cv × (t2 - t1)	Du=cv × (t2 - t1)	Du=0
	Dh=cp × (t2 - t1)	Dh=cp × (t2 - t1)	Dh=0
	Ds=cp×ln	Ds=cv×ln	Ds=R×ln = R×ln
	l=p×(v2-v1)	= 0	=q=p1×v1×ln = = p1×v1×ln
	lp=0	p =v×(p1-p2)	p = q
	q=Dh=cp × (t2 - t1)	q=Du=cv × (t2 - t1)	q=T×Ds
			cT= ± ¥

Таблица 1.3

Поиск по сайту: