Первое и второе начала термодинамики для движущихся систем

1 2 3 4 5 6 7

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ,

ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ

СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ

Кафедра физики и теплообмена

Дисциплина:

ТЕПЛОТЕХНИКА

Л Е К Ц И Я

ТЕМА 6. ТЕРМОДИНАМИКА ПОТОКА

Автор:

д.ф.-м.н., профессор П.В. Скрипов

Екатеринбург 2006

Цели лекции:

Учебные: Сформировать представление об особенностях записи начал термодинамики для движущихся систем и вычисления параметров потока газа в каналах; познакомить с классификацией и предназначением сопел.

Воспитательные: Воспитывать стремление к углубленному изучению предмета; прививать убежденность в практической значимости получаемых в лекционном курсе знаний.

Развивающие: Развивать способность творчески воспринимать и конспектировать предоставляемый материал; развивать навыки самостоятельной аналитической работы, умение выделять главное, проводить сопоставление и обобщение.

Метод проведения: лекция

Время занятия: 160 минут

Место проведения: аудитория

Материальное обеспечение: раздаточный материал с представлением основных соотношений и графиков

ЛИТЕРАТУРА:

1. Теплотехника: Учебник для вузов / А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт и др.; под ред. А.П. Баскакова. 2-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1991. 224 с.

2. Техническая термодинамика: Учебное пособие / В.Н.Королёв, Е.М.Толмачёв. Екатеринбург: УГТУ, 2001. 180 с.

ПЛАН ЛЕКЦИИ:

1. Введение. Первое и второе начала термодинамики для движущихся систем.

2. Приближения, используемые при термодинамическом описании течения газов и паров в каналах.

3. Массовый расход. Уравнение неразрывности.

4. Сопло и диффузор.

5. Скорость истечения и расход в адиабатически изолированных каналах без трения.

6. Закон обращения геометрического воздействия.

7. Конфигурация геометрического сопла.

8. Особенности расчета сопел.

Первое и второе начала термодинамики для движущихся систем

До сих пор мы рассматривали термодинамические методы исследования неподвижных макроскопических систем, для которых I закон термодинамики, т.е. закон сохранения энергии, записывался в форме (2.6) или (2.7), где изменение полной энергии системы сводилось только к изменению её внутренней энергии. Как уже говорилось выше, такой подход к описанию термодинамических систем всегда возможен с помощью перехода в систему отсчёта, жёстко связанную с рассматриваемой термодинамической системой. С точки же зрения наблюдателя, относительно которого термодинамическая система перемещается со скоростью центра инерции и вращается как целое с угловой скоростью во внешнем потенциальном поле сил с потенциалом , закон сохранения полной энергии:

(6.1)

где изменение полной энергии системы складывается из изменения её кинетической энергии поступательного и вращательного движения, изменения потенциальной энергии во внешних полях, изменения внутренней энергии системы и изменения потенциальной энергии оболочки системы (2.15), т.е.

(6.2)

Здесь J - момент инерции системы, Ψ - потенциальная энергия системы во внешних полях, причём в однородном поле тяжести .

Под L в (6.1) понимается работа изменения объёма термодинамической системы в том смысле, как она определена для неподвижной системы, однако с точки зрения наблюдателя, относительно которого система движется, эту работу удобнее записать через величины, характеризующие внешние по отношению к системе объекты. Тогда работа системы L будет складываться из работы по механическому перемещению ограничивающих систему поверхностей, называемой технической работой L _техн, и работы, затрачиваемой на преодоление сил трения или сил вязкости L _тр. Количество теплоты Q для движущихся систем определяется так же, как и для неподвижных, т.е. как произведение теплоёмкости и изменения температуры тела, причём температура должна измеряться неподвижным относительно системы термометром. С учётом (6.2) и перечисленных выше замечаний первое начало ТД для движущихся термодинамических систем (6.1) принимает вид

(6.3)