Термодинамическая система. Рабочее тело. Основные параметры состояния рабочего тела

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 12 Марта 2012 в 10:48, контрольная работа

Краткое описание

Это газообразное или жидкое вещество, с помощью которого какая-либо энергия преобразуется в механическую работу, холод, теплоту. Наиболее распространенные рабочие тела: водяной пар - в паровых турбинах, продукты сгорания органического топлива - в двигателях внутреннего сгорания, хладагенты - в холодильных машинах. В ракетной технике рабочим телом принято считать ракетное топливо.

Содержание работы

1. Что такое рабочее тело?

2. Какими основными параметрами состояния характеризуется рабочее тело?

3. Как определятся абсолютное давление газа по заданному избыточному давлению и по заданному разряжению.

4. Отношения между единицами измерения давления.

5. Что изучает техническая термодинамика.

Содержимое работы - 1 файл

Техника.doc

— 83.50 Кб (Скачать файл)


Якутская государственная сельскохозяйственная академия

Октемский филиал

 

 

 

 

 

 

              Контрольная работа по дисциплине: Теплотехника.

«Термодинамическая система. Рабочее тело. Основные параметры состояния рабочего тела.»

 

 

 

 

Выполнил: студент гр. Т-07

Наумов С.В.

                                                                                   Проверил: преподаватель

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Октемцы 2012 г.

Контрольные вопросы:

1.      Что такое рабочее тело?

2.      Какими основными параметрами состояния характеризуется рабочее тело?

3.      Как определятся абсолютное давление газа по заданному избыточному давлению и по заданному разряжению.

4.      Отношения между единицами измерения давления.

5.      Что изучает техническая термодинамика.

 

1. Что такое рабочее тело?

     Это газообразное или жидкое вещество, с помощью которого какая-либо энергия преобразуется в механическую работу, холод, теплоту. Наиболее распространенные рабочие тела: водяной пар - в паровых турбинах, продукты сгорания органического топлива - в двигателях внутреннего сгорания, хладагенты - в холодильных машинах. В ракетной технике рабочим телом принято считать ракетное топливо.

2. Какими основными параметрами состояния характеризуется рабочее тело?

       Величины, которые характеризуют физическое состояние тела называются термодинамическими параметрами состояния. Такими параметрами являются удельный объем, абсолютное давление, абсолютная температура, внутренняя энергия, энтальпия, энтропия, концентрация, теплоемкость и т.д. При отсутствии внешних силовых полей (гравитационного, электромагнитного и др.) термодинамическое состояние однофазного тела можно однозначно определить 3-мя параметрами – удельным объемом (υ), температурой (Т), давлением (Р).
Если изменить термодинамическое состояние системы, т. е. подвести или отнять тепло, сжать газ или дать возможность ему рас­шириться, то все параметры рассматриваемой системы изменят свою величину.
 
      Давление равно силе, действующей на единицу площади поверхности тела. Когда говорят о давлении газа или пара, под силой понимают суммарную силу ударов молекул этого газа или пара, направленную перпендикулярно к стенкам сосуда. Подавляющее боль­шинство приборов для определения давления измеряет разницу между давлением среды (иногда называемым полным, или абсолютным давлением) р и атмосферным (барометрическим) В. Если измеряемое давление выше атмосферного, такой прибор называется манометром, а измеряемое давление — избыточным
                            Ризб.=Р-В.
         В этом случае полное (абсолютное) давление, явля­ющееся параметром состояния,
                      Р= Ризб.+В.

      Если измеряемое давление ниже атмосферного, та­кой прибор называется вакуумметром, а измеряемое давление — вакуумметрическим   (или   вакуумом).
                      Рвак=В-Р.

      В  этом  случае  полное   (абсолютное)   давление

                        Р=В–Рвак.

      Температура — это мера нагретости тела. Если теплота переходит от одного тела к другому, это значит, что температура первого тела Т1 больше темпера­туры второго тела Т2. Если же теплообмен между те­лами  отсутствует,  температуры  одинаковы   T2 = T1.

     Удельный     объем — это    отношение     полного объема вещества V к его массе m.                            
                                               v=.
Плотность — это    отношение    массы    вещества к его объему.
      То есть плотность является величиной, обратной удель­ному объему.
Зная удельный объем   (или плотность), можно най­ти объем вещества по известной массе
                                      V = m* v,      V=

или массу вещества по известному объему
                                                               m = V / v, m=Vr.
      Величины, характеризующие термодинамическое состояние газа, давление р, удельный объем v и температура Т зависят друг от друга. Если, например, газ определенной температуры занимает какой-то определенный объем, то он будет находиться под некоторым дав­лением. Изменение объема или температуры изменит давление газа.
         Таким образом, из трех величин р, v и Т две могут быть заданы произвольно, а третья определится как функция первых двух.
Зависимость, связывающую между собой давление, объем и тем­пературу газа, называют уравнением состояния данного газа. Это уравнение выражает основное соотношение, характеризующее термодинамические свойства газа.
Для  идеального газа уравнение состояния имеет простой вид, т. е. отношение произведения абсолютного давления газа на его объем к абсолютной температуре остается постоянным. Для 1 кг газа эту постоянную величину называют газовой постоянной и обозначают  буквой  R:        

(1-1)  или (1-2)
    Уравнение состояния (1-2) часто называют уравнением Клапей­рона, по имени ученого, предложившего это уравнение.
Зная два параметра газа, по уравнению (1-1) можно легко найти третий, так как R является величиной, постоянной для каждого газа. Для температурных пределов, которые обычно применяют в тех­нике, газовые постоянные подсчитаны для большинства газов и сведены в таблицы.
 Газовая постоянная R  представляет работу 1 кг газа в процессе при постоянном давлении и при изменении температуры на 1 градус.
 Для произвольного количества газа массой m уравнение состояния будет:
                                 ,                    (1-3)
В 1874 г. Д.И.Менделеев основываясь на законе Дальтона ("В равных объемах разных идеальных газов, находящихся при одинаковых температурах и давлениях, содержится одинаковое количество молекул") предложил универсальное уравнение состояния для 1 кг газа, которую называют уравнением Клапейрона-Менделеева:
                                         Р·υ=Rμ·Т/μ,      (1-4)

где: μ - молярная (молекулярная) масса газа, (кг/кмоль);

Rμ = 8314,20 Дж/кмоль (8,3142 кДж/кмоль) - универсальная газовая постоянная и представляет работу 1 кмоль идеального газа в процессе при постоянном давлении и при изменении температуры на 1 градус.
Зная Rμ можно найти газовую постоянную R = Rμ/μ.
Для произвольной массы газа уравнение Клапейрона-Менделеева будет иметь вид: 
                           ·V=m·Rμ·Т/μ,   (1-5)

        Измерение или расчет каких-либо характеристик рабочего тела относятся к количественной оценке величины этих характеристик по сравнению с

эталоном самой величины. Подобные эталоны приняты в международной практике при введении стандартов на сами характеристики и их эталоны. В настоящее время действует, как обязательный, международный стандарт (SI) или Российский (СИ), утвержденный в 1980 году как обязательный для всех отраслей науки и техники.
      Из основных единиц системы СИ в теплотехнике применяют: единицу длины — метр (м), массы —кило­грамм (кг), времени — секунда (с) и температуры — Кельвин (К), из которых можно получить единицу пло­щади (м2), объема (м3), удельного объема (м3/кг), плотности (кг/м3), скорости (м/с), ускорения (м/с2). Силу измеряют в ньютонах (1Н=1 кг*м/с2), давление в паскалях (1 Па = 1 Н/м2), энергию в джоулях (1 Дж = 1 Н*м), мощность в ваттах  (1Вт=1 Дж/с).
  Кроме того, используются приставки кило (к), мега (М), гига (Г), соответственно увеличивающие еди­ницы в тысячу, миллион и миллиард раз (например, 1 кг=1000 г;   1 МПа=106 Па;   1 ГДж=109 Дж),  или
милли (м) и микро (мк), соответственно уменьшающие единицы в тысячу и миллион раз (например, 1 мм = 10-3 м, 1 мкс = 10-6 с).
 Единица давления паскаль очень мала и поэтому не всегда удобна, так как 1 Па меньше атмосферного давления примерно в 100 000 раз. Поэтому иногда ис­пользуют такие более крупные единицы, как бар и тех­ническая атмосфера: 1 бар = 105 Па; 1 т. атм = 1 кгс/см2 = 0,98 бар.
     При измерении температуры кроме шкалы Кельви­на, предусмотренной системой СИ, допускается шкала Цельсия. Температуру, измеренную в Кельвинах (К), обозначают Т, а в градусах Цельсия (° С) — t: T=t + 273,15. Как видно из этой формулы, цена деления шкал Кельвина и Цельсия одинаковая, лишь начало отсчета сдвинуто на 273,15 градуса. Поэтому при изме­рении разности температур значения, выраженные в Кельвинах и градусах Цельсия, одинаковы Т2-Т1= t2-t1.
Энергию в системе СИ измеряют в джоулях. Кроме того, в теплотехнике иногда используются килокалория (обычно для измерения теплоты) и киловатт-час (для измерения электроэнергии): 1ккал = 4,19 кДж; 1 кВт*ч = 3600кДж.
Необходимо помнить, что единицы, названные в честь ученых, пишутся с прописной буквы, а все ос­тальные — со строчной.
 


3. Как определятся абсолютное давление газа по заданному избыточному давлению и по заданному разряжению


     Давление воздуха или газа: избыточное, абсолютное, дифференциальное, атмосферное...

Несмотря на всю тривиальность и простоту вопроса, случается, что люди не вполне понимают суть понятий «абсолютное давление», «избыточное давление», «дифференциальное давление», (нормальное) «атмосферное давление» и др., путая их или не понимая их не только количественное, но и качественное отличие друг от друга. На этой странице мы решими написать несколько слов о понятии различных давлений. Мы не стремились представить ниже полную информацию по этому вопросу - ее можно без труда найти, например, в Википедии - а старались, наоборот, изложить основной смысл этих понятий кратко.

Абсолютное давление

       Понятие «абсолютного давления» относится к способу указания давления относительно точки отсчета. Абсолютное давление - это то давление, для указания которого используется, в качестве точки отсчета, абсолютный вакуум. Предполагается, что не может существовать давления, меньшего, чем абсолютный вакуум - следовательно, относительно него любое давление может быть обозначено положительным числом.

То абсолютное давление, которое находится между абсолютным вакуумом и давлением, которое принято считать имеющемся на уровне моря (нормальное атмосферное давление = 101325 Па ≈ 760 мм ртутного столба ≈ 1 абсолютный бар), является частичным вакуумом.

То абсолютное давление, значение которого выше уровня нормального атмосферного давления, может быть также обозначено как избыточное давление, с точкой отсчета, за которую принято стандартное атмосферное давление. Абсолютное давление равно избыточному давлению плюс атмосферному давлению.

На письме, то, что указывается именно абсолютное давление, иногда подчеркивают литерой а как в русском, так и в английском и немецком языках, например: бар(а). Например, давление на уровне моря примерно составляет 1 бар(а).

Избыточное давление

        Понятие избыточного давления также, как и абсолютного давления, относится к точке отсчета для указания давления. Избыточное давление - это то давление, для указания которого используется, в качестве точки отсчета, нормальное атмосферное давление.

Избыточное давление равно абсолютному давлению минус атмосферное давление. Например, давление на уровне моря, которое составляет 1 бар(а), может быть также указано как избыточное давление, составляющее 0 бар(и).

На письме указание на избыточное давление иногда подчеркивается литерой и в русском языке, g в английском (от слова gauge, то есть прибор[ное давление] - т.к. на манометрах обычно отображается именно избыточное давление), и литерой ü в немецком (от слова Überdruck, то есть «сверхдавление»).

 

 

 

 

 

 

 

4. Отношения между единицами измерения давления
Ниже приведены единицы измерения давления, которые применяются для описания параметров компрессорной техники, воздуходувок и вакуумных насосов

 

Таблица соотношений между основными единицами измерения давления

 

атм,

Бар

мбар

Па

мм.вод.ст

мм.рт.ст

psi

ат.

(кгс/см2)

inch Hg

атм,

1

1,013

1013

101325

10332

760

14,696

1,0333

29,92

Бар

9,87·10-1

1

10*3

10*5

1,02·10*4

7,5·10*2

14,51

1,0198

29,53

мбар

9,87·10-4

10-3

1

10*2

10,2

7,5·10-1

1,45·10-2

1,02·10-3

2,95·10-2

Па

9,87·10-6

10-5

10-2

1

0,102

7,5·10-3

1,45·10-4

1,02·10-5

2,95·10-4

мм.вод.ст

9,68·10-5

9,81·10-5

9,81·10-2

9,81

1

7,36·10-2

1,42·10-3

10-4

2,896·10-3

мм.рт.ст

1,32·10-3

1,33-3

1,33

1,33·10*2

13,6

1

1,93·10-2

1,36·10-3

3,94·10-2

psi

6,8·10-2

6,9·10-2

68,95

6,9·10*3

7,03·10*2

51,7

1

7,03·10-2

2,04

ат.(кгс/см2)

9,68·10-1

9,8·10-1

9,8·10*2

9,8·10*4

10*4

7,36·10*2

14,22

1

28,96

inch Hg

3,3·10-2

3,39·10-2

33,86

3,386·10*3

3,45·10*2

25,4

0,49

3,45·10-2

1


 

       В таблице даны следующие обозначения: МПа - мегапаскаль или 106 Па (Паскалей), 1 Па= 1 Н/м2 ; мм.рт.ст. - миллиметр ртутного столба; атм. - физическая атмосфера; ат. =1 кгс/см2 - техническая атмосфера; PSI (pounds per square inch) - фунт на квадратный дюйм (единица давления, используемая в США и Великобритании).

Значение давления может отсчитываться от 0 (абсолютное давление или ground в англоязычной терминологии) или от атмосферного (избыточное давление или induced по английски). Если, например, давление измеряется в технических атмосферах, то абсолютное давление обозначается как ата, а избыточное - как ати, например, 9 ата, 8 ати.

 

 

 

5. Что изучает техническая термодинамика.

        Техническая термодинамика (т/д) рассматривает закономерности взаимного превращения теплоты в работу. Она устанавливает взаимосвязь между тепловыми, механическими и химическими процессами, которые совершаются в тепловых и холодильных машинах, изучает процессы, происходящие в газах и парах, а также свойства этих тел при различных физических условиях.
Термодинамика базируется на двух основных законах (началах) термодинамики:
I закон термодинамики - закон превращения и сохранения энергии;
II закон термодинамики – устанавливает условия протекания и направленность макроскопических процессов в системах, состоящих из большого количества частиц.
Техническая т/д, применяя основные законы к процессам превращения теплоты в механическую работу и обратно, дает возможность разрабатывать теории тепловых двигателей, исследовать процессы, протекающие в них и т.п.

Объектом исследования является термодинамическая система, которой могут быть группа тел, тело или часть тела. То что находится вне системы называется окружающей средой. Т/д система это совокупность макроскопических тел, обменивающиеся энергией друг с другом и окружающей средой.
Изолированная система - т/д система не взаимодействующая с окружающей средой.
Адиабатная (теплоизолированная) система – система имеет адиабатную оболочку, которая исключает обмен теплотой (теплообмен) с окружающей средой.
Однородная система – система, имеющая во всех своих частях одинаковый состав и физические свойства.
Гомогенная система – однородная система по составу и физическому строению, внутри которой нет поверхностей раздела (лед, вода, газы).
Гетерогенная система – система, состоящая из нескольких гомогенных частей (фаз) с различными физическими свойствами, отделенных одна от другой видимыми поверхностями раздела (лед и вода, вода и пар).
В тепловых машинах (двигателях) механическая работа совершается с помощью рабочих тел – газ, пар.

Информация о работе Термодинамическая система. Рабочее тело. Основные параметры состояния рабочего тела