Жылуэнергетикалық қондырғылар циклдарының термодинамикалық негіздері

2 Дәрістер

Дәріс 1

1. 
   Кіріспе. Термодинамика пәні
   
2. 
   Жылудинамика пәнінің әдістері. Негізгі түсініктер мен ережелер
   
3. 
   Жұмыс денесі мен қоршаған орта
   
4. 
   Негізгі күй параметрлері мен оның өлшем бірлігтері
   
5. 
   Идеал газ күйінің теңдеуі
   
6. 
   Жылудинамикалық процес. Тепе-теңдікті және тепе-теңсіздіктегі процестер. Қайтымды және қайтымсыз процестер
   
7. 
   Идеалды және нақты газдар. Идеалды және нақты газдардың теңдеуі
   
8. 
   Идеалды және реал газдардың жылусыйымдылығы
   
9. 
   Жылу өлшемін аңықтау
   
10. 
    Газ қоспасының жылусыйымдылығы
    

Ғылым саласында XVIII ғ. ортасында бірінші рет жылу теориясы облысында ғылыми ұсынысты М.В.Ломоносов енгізді,ол өзінің теориялық және эксперименттік жұмыстары мен заттың негізгі молекула-кинетикалық теориясын жасады және энергияның сақталу заңында жылу мен механикалық энергияның өзара байланысын орнатты.

Жылуды қолданудың ең тиімді әдістерін табу, жылу қондырғыларының жұмысшы процестерінің үнемділігін талдау, осы процестерді біріктіру, жылу агрегаттарының жақсы жетілген түрлерін немесе жаңа түрлерін құрып шығару үшін жылу техникасының теориялық негізін тереңдетіп оқып, жасауды қажет етеді. Жылу теориясын білімсіз күшті бу және газ трубиналарын реактивті қозғалтқыштар мен жылу қондырғыларын құру мүмкін емес еді.

Жылуалмасу пәнінде жылу энергиясының қасиетін және жылудың таралу процесін зерттейді.

Макроскопиялық жүйенің физикалық қасиетін феноменологиялық және статистикалық әдістермен оқытады. Зерттеудің феноменологиялық әдісі макроскопиялық позицияның құбылысын оқытады,статистикалық әдіс молекуларлық, ішкі молекуларлық заңдылықтарды оқытады.Зерттеудің жылудинамикалық әдісі зат құрылысы туралы моделдік тапсырысты қажет етпейтін феноменология болып табылады.Осыдан шығатын қортынды: жылудинамиканың дедукциялық әдіс арқылы, жылудинамиканың екі негізгі заңын қолдану арқылы аламыз.Техникалық жылу динамикада негізгі түсінік болып жылудинамикалық жүйе саналады.

Жылудинамика жүйенің күйін макроскопиялық орта статикалық тәуелсіз шамалар жиынтығы күй параметрлері (абсолютті қысым, абсолют температура және меншікті көлем) анықтайды.

Егер,абсолют қысым P ыдыстағы барометрлік P_бар қысымнан көп болса,онда мына формуламен анықтайды:

мұнда Р_ман - манометр көрсеткен қысым.

Егер абсолютті қысым Р ыдыстағы барометрлік Р_барқысымнан аз болса,онда мына формуламен анықтаймыз:

P=P_бар-P_вак (2)

мұнда P_{ва к}- вакумметр көрсеткіші.

СИ жүйесінде қысым Па-мен өлшенеді.

Абсолютті температура - жүйе құралатын газ молекулаларының орта кинетикалық энергиясына пропорционал шама.

Температура дене қызуының дәрежесін көрсететін шама, СИ өлшем бірлігінде Кельвин (К) өлшенеді.

Мына формуламен анықталады:

, (3)

СИ жүйесінде меншікті көлемнің өлшем бірлігі, м³/кг.

Меншікті көлемге кері шама тығыздық деп аталады.

Жүйенің бір тепе-теңдік күйінен басқа күйге өту процесін термодинамикалық процесс деп атайды.

Сонымен, тепе-теңдіктегі процесс жылудинамикалық жүйеде заттың өзгеруі бір күйден екінші күйге ақырын өтетін процестерді айтады.

Идеал газ күйінің теңдеуі-Клапейрон теңдеуі былай жазылады:

(4)

Нақты гадың идеалды газдан айырмашылығы молекулалардың молекула аралық тартылыс күші бар және молекуланың көлемін ескермеуге болмайды.Нақты газдардың сапалық ерекшеліктерін Ван-дер-Ваальс теңдеуімен анықтаймыз.

,

(5)

Дененің температурасын 1⁰С өзгерту үшін, берілетін немесе одан алынатын жылу мөлшерін жылусыйымдылық деп атайды.

Жылусыйымдылықтың зат мөлшеріне қатынасын меншікті жылусыйымдылық деп атайды. Меншікті жылусыйымдылықтың мынадай түрлері бар:

массалық , Дж/(кгК);

көлемдік , Дж/(м³К);

молдік , Дж/(кмольК).

Идеал газдың жылусыйымдылығы температурадан тәуелді. Бұл белгілері бойынша нақтылы және орташа жылусыйымдылықтар болып ажыратылады.

Температураның шексіз аз өзгеруіне сәйкес келетін жылусыйымдылықты нақты жылусыйымдылық деп атайды.

.

(6)

,

(7)

Жылусыйымдылық жылудың берілу және әкетілу түрінен тәуелді. Тұрақты қысымдағы жылусыйымдылық- изобаралық с_р-деп аталады.

- , Дж/(кгК);

- , Дж/(м³К);

- , Дж/(кмольК).

Тұрақты көлемдегі жылусыйымдылық- изохоралық с_v деп ажыратылады.

- , Дж/(кгК);

- , Дж/(м³К);

- , Дж/(кмольК).

Бұл жылусыйымдылықтардың өзара байланысын Майер теңдеуі көрсетеді:

,

(8)

немесе:

,

(9)

мұндағы - универсалды газ тұрақтысы, = 8314 Дж/(кмольК).

Изохоралық процесте берілетін жылу тек газды ішкі энергиясын өзгертуге жұмсалады, ал изобаралық процесте ол жылу жұмыс жасау үшін де жұмсалады. Сондықтан с_р>с_v .

Техникалық термодинамикада жылусыйымдылықтардың қатынасы адиабат көрсеткіші деп аталады (Пуассон коэффициенті).

.

(10)

Осы интегралды есептеу үшін мына функцияны білу керек .

Егер және температурадан тәуелді емес деп есептесек, молдік жылусыйымдылықтар шамалы тең болып, газдың атомдықтан тәуелді болады.

Жылусыйымдылықты кесте бойынша аңықтауға болады. Жылусыймдылық аддитивті болады, соңдықтан газ қоспасындағы массалық және көлемдік жылусыймдылықтарға мына аңықтамалар қажет:

,	(11)
.	(12)

Өздік бақылау сұрақтары
1 Жылудинамика нені оқытады?

2 Жылудинамикалық жүйе деп нені түсінесіз?

3 Қандай жүйе тепе-теңдіктегі және теңестірілмеген деп аталады?

4 Термодинамикалық процесс деген не?

5 Идеал газ деген не?

6 Нақты газ деген не?

7 Идеал газ күйінің теңдеуін жаз.

8 Нақты газ теңдеуін жаз.

9 Универсалды газ тұрақтысы мен газ тұрақтысының айырмашылығы

10 Негізгі күй параметрлері?

11 Газ қоспасы деп нені айтады?

12 Нақтылы және орташа жылусыйымдылықтардың айырмашылығы?

13 Майер теңдеуінің физикалық мәні?

14 Температраның t₁-ден t₂-ге өзгеруіне сәйкес орташа жылусыйымдылықтың формуласын жазыныз.

15 Газ қоспасының жылусыйымдылықты қалай аңықтайды?
Қолданылған оқулықтар
1 Бахмачевский Б.И. и др. «Теплотехника». - М.: Металлургиздат., 1969. - б.3-20

2 Нащокин В.В. «Техническая термодинамика и теплопередача». - М.: Высшая школа, 1980. - б.3-15

3 Асамбаев А.Ж. «Техникалық термодинамиканың негіздері» - 2006. – б.4-16

4 Кабашев Р.А. «Жылу техникасы» - М.: Полиграфсервис., 2008. – б. 32-66

5 Баскаков Б.В., Берг О.К., Витт и др. «Теплотехника» - М.: Энергоатомиздат., 1991. – б. 4-11, б. 40-41

6 Энергетиканың электрондық энциклопедиясы.