2020-06-08
83
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
По дисциплине (модулю)
«ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА»
Специальность
Транспортные средства специального назначения»
Специализация
Наземные транспортные средства и комплексы аэродромно-технического обеспечения полетов авиации
Квалификация
Инженер
Москва 2018 г.
Настоящий конспект лекций по дисциплине (модулю) «Термодинамика и теплопередача» входит в состав методических материалов основной профессиональной образовательной программы по специальности 23.05.02 «Транспортные средства специального назначения» (уровень специалитет) и предназначен для оказания помощи обучающимся в освоении дисциплины (модуля), а также при подготовке к прохождению процедур текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации.
Разработчики:
| № п/п | Ф.И.О., должность, ученая степень, учёное звание | Подпись |
| 1. | к.т.н., доц., доцент Синявский В.В. |
Лекция 1. Термодинамика
Термодинамика – наука о взаимном превращении одного вида энергии в другой, происходящем в макросистемах. Техническая термодинамика изучает закономерности взаимного превращения энергий, предаваемых в формах теплоты и работы.
Термодинамическая система и рабочее тело.
Термодинамическая система (ТС) – совокупность выделенных из окружающей среды (ОС) тел, взаимодействующих между собой и с ОС.
ТС отделяется от ОС реальной или мнимой границей - контрольной поверхностью (рис.1.1). ТС может обмениваться с ОС массой М, энергией, передаваемой в форме теплоты Q и в форме работы L.
ТС может быть:
· изолированной (замкнутой) при
dM=0; dQ=0; dL=0;
· неизолированной при dM¹0 или
dQ¹0; dL¹0;
· закрытой при dM=0;
· открытой при dM¹0; Рис 1.1
· термически изолированной (адиабатной) при dQ=0;
· термомеханической при dQ¹0 и dL¹0.
Рабочее тело
Работа L совершается рабочим телом (РТ) при его расширении и принимается положительной. При сжатии РТ работа затрачивается и принимается отрицательной. РТ должно обладать свойством значительного изменения объема под воздействием ОС. Таким свойством обладают газы и пары. Во многих случаях РТ можно рассматривать как идеальный газ, строго подчиняющийся газовым законам.
Допущения для идеального газа:
· пренебрежимо малый размер молекул по сравнению с межмолекулярным расстоянием, т.е. молекулы считаются материальными точками, имеющими массу и не имеющими объема;
· отсутствие сил взаимодействия между молекулами, их взаимодействие ограничивается абсолютно упругим соударением.
Состояние ТС. Процесс изменения состояния
Состояние ТС характеризуется следующими параметрами:
абсолютным давлением р, Па;
абсолютной температурой Т, К;
удельным объемом v, м3/кг (или плотностью r, кг/м3).
Состояние ТС называется равновесным, если каждый из параметров имеет одинаковые численные значения во всех точках системы; в противном случае состояние ТС неравновесное. В равновесном состоянии может находиться только замкнутая ТС. Если ТС к моменту изоляции находилась в неравновесном состоянии, то через некоторое время она придет к равновесному состоянию. Время перехода от неравновесного к равновесному состоянию называется временем релаксации. Изменение состояния ТС в результате взаимодействия ее с ОС называется термодинамическим процессом.
Процесс, в котором система проходит через равновесные состояния, называется равновесным. При равновесном процессе, протекающем в обратном направлении, ТС проходит через те же равновесные состояния в обратной последовательности и приходит в исходное состояние. Все равновесные процессы являются обратимыми.
Основные условия обратимости процесса:
· бесконечно медленное его прохождение при бесконечно малой разности давлений ТС и ОС (время перехода от одного равновесного состояния к другому больше времени релаксации, параметры успевают выравниваться по всему объему);
· обмен теплотой между ТС и ОС при бесконечно малой разности температур.
В термодинамике рассматриваются обратимые процессы. Все реальные процессы необратимы, они протекают с конечной скоростью (при наличии трения и диффузии) и при значительной разности температур РТ и источников теплоты (в двигателях подвод теплоты при сгорании топлива).
