2022-02-08
29
Инструкция для написания контрольной работы по дисциплине «Термодинамика, теплотехника и гидравлика»
Тепло-хладотехника является общетехнической дисциплиной, которая занимает одно из центральных мест в инженерной подготовке специалистов. Это обусловлено тем, что процессы получения, использования и переноса теплоты, получения холода имеют место во многих технических устройствах и технологических процессах.
Теоретическими основами тепло-хладотехники являются: техническая термодинамика и теория теплообмена.
На предприятиях пищевой промышленности расходуется большое количество теплоты и холода как на основные технологические процессы, связанные с переработкой сырья, производством технологической продукции, так и на вспомогательные нужды. Значительное количество теплоты расходуется на отопление, вентиляцию и кондиционирование воздуха. Современный специалист должен уметь правильно формулировать и решать разнообразные прикладные задачи с использованием основных законов термодинамики и теплообмена.
|
|
|
На практических занятиях решаются задачи по основным разделам курса. Наибольшее внимание уделяется усвоению законов термодинамики и теплообмена, методам расчета и анализа процессов и циклов холодильных машин.
1. Расчет параметров и процессов идеального газа
Основными параметрами состояния являются: удельный объем, абсолютная температура, абсолютное давление.
Удельный объем v, м3/кг:
v =V/m = 1/ρ,
где V, м3 – объем, m, кг –масса, ρ, кг/м3 –плотность.
Абсолютная температура Т, К:
Т = 273,15 + t.
Абсолютное давление р, Па:
р = ратм + ризб,
р = ратм – рвак.
где: ратм – атмосферное давление,
ризб – избыточное давление,
рвак – вакуумное давление.
Связь между единицами измерения:
1кПа = 103 Па; 1МПа = 106 Па,
1бар = 105 Па = 100 кПа,
1ат = 1 кгс/см2 = 98000 Па = 98 кПа,
1мм. рт. ст. =133,3 Па.
В технической термодинамике рассматривают следующие основные термодинамические процессы:
изохорный – при постоянном объеме (v = const),
изобарный - при постоянном давлении (р = const),
изотермический – при постоянной температуре (Т = const),
адиабатный – без внешнего теплообмена (δq = 0),
политропный – при постоянной теплоемкости.
Характеристики, относящиеся к 1 кг вещества, называются удельными, они обозначаются строчными буквами, а характеристики, относящиеся к полной массе – заглавными. Полные характеристики получаются умножением удельных на величину массы:
Q =m∙q, L = m∙ℓ.
Уравнение состояния идеального газа:
p×v = R×T для 1 кг идеального газа;
p×V=m×R×T при расчетах с произвольной массой m,
|
|
|
где R, Дж/(кг×К) – удельная газовая постоянная (таблица 1 Приложения).
R=Rμ /μ = 8,31451×103/μ.
1 закон термодинамики: q = Δu + ℓ.
В таблице 1 приведены формулы для расчета процессов.
Таблица 1
| Процесс | Связь параметров | Работа изменения объема | Теплота |
| Изохорный | p2/p1 = T2/T1 | ℓ = 0 | q = cv (T2-T1) |
| Изобарный | v2/v1 = T2/T1 | ℓ = p (v2 -v1) | q = cp (T2-T1) |
| Изотермический | p2/p1 = v1/v2 | ℓ =RT ln (v2/v1) ℓ =RT ln (p1/p2) | q = ℓ |
| Адиабатный | р2/ р1 = (v1/v2)k T2/T1 = (v1/v2)k-1 T2/T1 = (р2/р1)(k-1)/k | ℓ=  (T1-T2)
| q = 0 |
| Политропный | р2/ р1 = (v1/v2)n T2/T1 = (v1/v2)n-1 T2/T1 = (р2/р1)(n-1)/n | ℓ=  (T1-T2)
| q = cv  (T2-T1)
|
Изменение внутренней энергии идеального газа в термодинамическом процессе:
Δu = cv∙(T2-Т1).
Изменение энтальпии идеального газа в термодинамическом процессе:
Δh = cp∙(T2-Т1).
Массовые теплоемкости идеального газа cp и cv можно определить по формулам:
cp = k·R/(k-1); cv = R/(k-1),
или как отношение мольной теплоёмкости газов к молекулярной массе (таблица 2 Приложения):
cv = mсv/m, cp= mcр/m,
k = cp/cv - показатель адиабаты или коэффициент Пуассона.
