Жылу техникасы

БЕКІТЕМІН

«Кйлік жЩне логистика» кафедрасыныЈ меЈгерушісі ______________В.Н. Вдовин _______ ______________2013 ж

ЖЫЛУ ТЕХНИКАСЫ

050713 «Кйлік, кйлік техникасы жЩне технологиялар» маманды“ы
ДШРІСТЕР

искемен

ДЩріс №1
ДЕНЕ К®ЙІНІў НЕГІЗГІ

ТЕРМОДИНАМИКАЛЫљ ПАРАМЕТРЛЕРІ
Жылу техникасы пЩні ЩртЇрлі жылу машиналарында жылу жЩне ж±мыстыЈ йзара тЇрлену процестерін зерттейді.

Жылу ›оз“алт›ыштарында жылудыЈ ж±мыс›а тЇрленуі ж±мысты› дененіЈ кймегімен жЇзеге асырылады. Іштен жану ›оз“алт›ыштарында жЩне газотурбиналы› ›ондыр“ыларда ›аралатын процестерде ж±мысты› дене ретінде газ алынады. Бу ›оз“алт›ыштарында“ы процестерде ж±мысты› дене ретінде газ кЇйінен с±йы› жЩне с±йы› кЇйінен газ кЇйіне лезде айналатын бу алынады.

ДененіЈ физикалы› кЇйін сипаттайтын шамалар кЇй параметрлері деп аталады.

КЇй параметрлері деп келесі шамаларды айта аламыз: меншікті кйлем, абсолют ›ысым, абсолют температура, ішкі энергия, энтальпия, энтропия, концентрация, изохоралы›-изотермиялы› потенциал та“ы с.с.

Жылу техникасында біртекті дененіЈ кЇйі Їш параметрмен аны›талады: меншікті кйлем, абсолют температура жЩне абсолют ›ысым.

Осы негізгі Їш параметрлер бір бірімен математикалы› тЩуелділікпен байланыс›ан.

Меншікті кйлем (, м³/кг) – бірлік массаныЈ кйлемі.

м±нда V – кез-келген мйлшердегі заттыЈ кйлемі, м³;

Меншікті кйлемге кері шама ты“ызды› деп аталады (, кг/м³); немесе бірлік кйлемдегі заттыЈ массасы

љысым дегеніміз бетке Щсер ететін кЇштіЈ (кЇштіЈ нормаль ›±раушысы) осы беттіЈ ауданына ›атынасымен аны›талатын шама (Р, Па=Н/м²)

м±нда F_н - кЇштіЈ нормаль ›±раушысы, Н;

S - Щсер ететін кЇшке нормаль беттіЈ ауданы, м².

Халы›аралы› бірліктер жЇйесіне (СИ) сЩйкес бір шаршы метрге тЇсетін меншікті ›ысым Ньютонмен (Н/м²) йлшенеді. љысымныЈ б±л йлшем бірлігі Паскаль (Па) деп аталады. Бір мегапаскаль 10⁶ Па теЈ (1 МПа= = 10⁶ Па).

Техникада осы кезге дейін меншікті ›ысымныЈ ескі йлшем бірлігі ›олданылады, ол техникалы› атмосфера (ат) - 1 см² аудан“а Щсер ететін 1 кгс кЇш.

1 ат = 1 кгс/см² = 10⁴ кгс/м² = 9,81- 10⁴ Н/м² = 0,981 бар; 1 бар = 1,01972 кгс/см².

љысымныЈ тЇрлері: атмосфералы›, арты› жЩне вакуум (сиретілген). ТеЈіз деЈгейіндегі атмосфералы› ауаныЈ ›ысымы атмосфералы› ›ысым деп аталады. Атмосфералы› ›ысымныЈ шамасы ретінде 760 мм сынап ба“анасына теЈ ›ысым ›абылданады (бір физикалы› атмосфера – атм деп белгіленеді). Сонымен, атм = 760 миллиметр сынап ба“анасы (мм. сын.ба“.).

Егер ›ысым атмосфералы› ›ысымнан Їлкен болса – арты›, ал кіші болса – вакуум (сиретілген) деп аталады.

љысымды йлшеу Їшін манометрлер, атмосфералы› ›ысымды – бараметрлер, вакуум (сиретілген) - вакуумметрлер ›олданылады.

Тек “ана абсолют ›ысым дене кЇйініЈ термодинамикалы› параметрі болып табылады, ол ›ысымныЈ абсолют нолінен немесе абсолют вакуумнен бастап саналады.

Техникада ›ысымды йлшеу Їшін абсолют (толы›) ›ысымды емес, абсолют жЩне атмосфералы› (бараметрлік) ›ысымдар айырымын йлшейтін аспаптар ›олданылады. Атмосфералы› ›ысымнан Їлкен ›ысымдарды йлшеуге арнал“ан аспаптар манометрлер деп аталады. Манометрлер атмосфералы› ›ысымнан арты› ›ысымды йлшеу Їшін ›олданылады.

Абсолют ›ысым тймендегі йрнекпен аны›талады

м±нда В – атмосфералы› немесе бараметрлік ›ысым.

Атмосфералы› ›ысымнан тймен ›ысымдарды йлшеу Їшін вакуумметрлер ›олданылады. Вакуумметрлер ›орша“ан ортыныЈ абсолют ›ысымы атмосфералы›тан ›аншалы›ты тймен екеніЈ кйрсетеді. Атмосфералы› ›ысым“а дейін жетпейтін ›ысым вакуум деп аталады.


Температура (Т, К) – дененіЈ ›ызу дЩрежесін сипаттайтын шама, ол молекулалардыЈ ілгерілемелі ›оз“алысыныЈ кинетикалы› энергиясыныЈ орташа мйлшерімен аны›талады. Молекулалар ›оз“алысыныЈ орташа жылдамды“ы не“±рлым арты› болса, со“±рлым дененіЈ температурасы арты› болады.

МолекулалардыЈ ілгерілемелі ›оз“алысыныЈ орташа кинетикалы› энергиясымен mw²/2 на›ты газдыЈ абсолют температурасыныЈ Т арасында“ы йзара байланыс

жылдамды“ыныЈ орташа квадраты;

k= 1,38*10²³ Дж/К – Больцман т±ра›тысы.
љазіргі кезде екі температуралы› шкала ›олданылады.

1. 
   Халы›аралы› тЩжірибелік температуралы› шкала Цельсия (°С), негізгі ›адабелгі нЇкте ретінде м±здыЈ еру нЇктесі ›абылдан“ан (t₀ =0 С) ›алыпты атмосфералы› ›ысымда (р₀= 760 мм сын. ба“.) жЩне судыЈ ›айнау температурасы сол ›ысымда - t_k=100 °С.
   
2. 
   ТермодинамиканыЈ екінші заЈына негізделген температураныЈ термодинамикалы› шкаласы.
   

Осы температуралардыЈ арасында“ы байланыс:

Абсолют температура – тек оЈ шама. ТемператураныЈ абсолют нйлінде (T=0К= -273,15°С) молекулалардыЈ жылу ›оз“алысы то›тайды. ТемператураныЈ абсолют нйлі ›ол жетпейтін шама, ййткені молекулардыЈ жылу ›оз“алысы материяныЈ тЩн ›асиеті, ›оз“алыстыЈ то›тауы материяныЈ са›тау заЈына ›айшы келеді.

ЖЫЛУ МЕН Ж°МЫС

Термодинамикалы› процес кезінде денелердіЈ энергиясы йзгереді. Бір денеден екінші денеге энергияныЈ берілуі екі тЩсілмен йтеді.

Бірінші тЩсілмен бір денеден екінші денеге берілген энергия мйлшері жылу мйлшері, ал тЩсіл – жылу тЇрінде энергияныЈ берілуі деп аталады. ДененіЈ жылу тЇрінде ал“ан энергия мйлшері жеткізілген жылу, ал жылу тЇрінде денемен берілген энергия мйлшері – алын“ан жылу деп аталады.

Жылу джоуль немесе килоджоулмен йрнектеледі. Жылу мйлшері - Q, ал меншікті (1 кг Їшін) – q белгіленеді. Жеткізілген жылу - оЈ, алын“ан жылу – теріс болады.

Екінші тЩсіл: энергия берілісініЈ екінші тЩсілі кЇштік йрісі немесе сырт›ы ›ысыммен байланысты. Б±л тЩсілмен энергия берілісі болу Їшін дене кЇштік йрісте ›оз“алуы, немесе сырт›ы ›ысымныЈ Щсерінен йз кйлемін йзгертуі ›ажет.

Б±л тЩсіл ж±мыс тЇрінде энергияныЈ берілуі, ал процесте берілген энергияныЈ мйлшері - ж±мыс деп аталады.

Ж±мыс тЇрінде денемен алын“ан энергия мйлшері жасал“ан ж±мыс, ж±мыс тЇрінде берілген энергия – дененіЈ ж±мса“ан ж±мысы деп аталады.

Ж±мыс джоуль немесе килоджоулмен йрнектеледі. Денемен ж±мсал“ан ж±мыс – оЈ, ал дененіЈ жаса“ан ж±мысы – теріс болады.

Ж±мыс тЇрінде берілген энергияныЈ мйлшері - L, ал меншікті - l деп белгіленеді.

љысым, температура жЩне меншікті кйлем араларында“ы байланысты белгілейтін теЈдеу кЇй теЈдеуі деп аталады. ОныЈ жалпы тЇрі

Егер жЇйеніЈ бір параметрі т±ра›ты болса, онда екі шама айнымалы болады.

Идеал газдардыЈ кЇй теЈдеуі немесе Клапейро­н теЈдеуі ал“аш›ы рет Бойля-Мариотта мен Гей-Люссак pv/T = const заЈдарыныЈ теЈдеулерін біріктіру ар›ылы алын“ан. Т±ра›ты const шаманы R ар›ылы белгілесек

(2.7)

м±нда R – массасы 1 кг газдыЈ меншікті газ т±ра›тысы (Дж/(кг*К).

м±нда V – газ кйлемі, м³.

Идеал газдыЈ кЇйі теЈдеуімен аны›талады.

Кйптеген на›ты газдар аз ты“ызды› пен жеткілікті Їлкен температурада йзініЈ ›асиеті бойынша идеал газдар“а жуы›, сонды›тан оларды есептеу кезде _{теЈдеуініЈ екі жа“ын молекулалы› салма››а} кйбейтеміз.

м±нда V= v - бір моль газдыЈ кйлемі.

Бір моль газдыЈ кйлемі ›алыпты физикалы› жа“дайда _{Осы шаманы жо“арыда“ы йрнекке ›ойса›}

(2.9а)

м±нда R – универсаль газ т±ра›тысы, барлы› газдар“а бірдей.

Сонды›тан бір моль на›ты газдыЈ кЇй теЈдеуі тймендегідей болады

(2.10)

Б±л теЈдеу Клапейрон- Менделеев кЇй теЈдеуі деп аталады.

ГаздыЈ температура т±ра›ты бол“ан кезде Т = const газдыЈ ›ысымы мен оныЈ меншікті кйлемініЈ арасында“ы байланыс Бойля-Мариотта заЈы деп аталады

Егер газдыЈ ›ысымы т±ра›ты болса Р = const, онда газдыЈ меншікті кйлемі мен оныЈ абсолют температурасыныЈ арасында“ы байланыс Гей-Люссак заЈына ба“ынады

Немесе

Температурасы мен ›ысымы бірдей газдар Їшін келесі теЈдеу орын алады

М±нда газдыЈ молекулалы› массасы

љалыпты жа“дайда (t=0⁰ C, р=760 мм сын.ба“.) барлы› газдардыЈ 1 кмоль кйлемі 22,4136 м³/кмоль (жуы› шамамен 22,4 м³/кмоль).

Газ ты“ызды“ы ›алыпты жа“дайда келесі формуламен аны›талады

кг/м³

осы формуладан кез келген газ Їшін ›алыпты жа“дайда меншікті кйлемді аны›тау“а болады

м³/кг
Идеал газдыЈ теЈдеуі немесе кЇй теЈдеуі негізгі кЇй параметрлерін – ›ысым, кйлем жЩне температура – бір бірімен байланысын кйрсететін теЈдеу

- массасы М кг газ Їшін

- массасы 1 кг газ Їшін

- 1 кмоль газ Їшін

р – газдыЈ ›ысымы, Н/м²

М – газдыЈ массасы, кг

Дж/(кмоль*град).

молекулалы› массасы)

ФормуланыЈ оЈ жа“ында барлы› шамалар ›алыпты жа“дайда, ал сол жа“ында ›ысым мен температураныЈ еркін шамалары алын“ан.

ТеЈдеуді келесі тЇрде жазу“а болады


Кез-келген жа“дайда газдыЈ ты“ызды“ыЈ аны›тау“а болады.

ГАЗ љОСПАЛАРЫ

Идеал газдардыЈ газ ›оспасы Дальтон заЈына ба“ынады: ›оспа ›±рамында“ы жеке газдардыЈ парциальды ›ысымыныЈ ›осындысы газ ›оспасыныЈ жалпы ›ысымы деп аталады:

где - парциальды ›ысымдар.

Газ ›оспасыныЈ параметрлері Клапейрон теЈдеуімен есептеледі

ТеЈдеудегі барлы› шамалар газ ›оспасына ›атысты.

Массалы› Їлес деп Щрбір газдыЈ массасыныЈ ›оспаныЈ жалпы массасына ›атынасын айтамыз.

м±нда ,,...,- массалы› Їлестер; ,,..., - Щрбір газдыЈ массасы; M – барлы› ›оспаныЈ массасы.

Массалы› ЇлестердіЈ ›осындысы бірге теЈ


Барлы› газдардыЈ ›осынды массасы ›оспаныЈ массасына теЈ.

++...+=
Кйлемдік Їлес деп Щрбір газдыЈ парциаль кйлемініЈ газ ›оспасыныЈ жалпы кйлеміне ›атынасын айтамыз.
; ; ... ;

М±нда , , ... , - кйлемдік Їлестер;

Шрбір газдыЈ парциальды кйлемін Бойля-Мариотта заЈымен аны›тау“а болады. Температура т±ра›ты бол“ан кезде

љоспаныЈ ›±рамында“ы газдардыЈ парциальды› кйлемдерініЈ ›осындысы газ ›оспасыныЈ кйлеміне теЈ.

Кйлемдік ЇлестердіЈ ›осындысы бірге теЈ

Массалы› Їлесті кйлемдік Їлеске айналдыру Їшін келесі формуланы ›олданамыз

љоспаныЈ ты“ызды“ы келесі йрнектен аны›талады

Мольдік Їлес деп Щрбір газдыЈ зат мйлшерініЈ газ ›оспасыныЈ зат мйлшеріне ›атынасын айтамыз. Тймендегі ›ытынасты ескерсек

онда

Авогадро заЈы бойынша ›ысымы мен температурасы бірдей бол“анда

сонды›тан

М±нда - Щрбір газдыЈ ты“ызды“ы, - газ ›оспасыныЈ ты“ызды“ы, - Щрбір газдыЈ мольдік массасы, М - газ ›оспасыныЈ мольдік массасы.

Сондай-а›

Осы екі теЈдеуден массалы› жЩне кйлемдік ЇлестердіЈ арасында“ы байлынысты кйрсететін бірнеше теЈдеулер алу“а болады

ГАЗ љОСПАСЫНЫў ГАЗ Т°РАљТЫСЫ

осыдан

љоспаныЈ меншікті газ т±ра›тысын аны›тау Їшін тймендегі теЈдеуді ›олдану“а болады

љоснаныЈ газ т±ра›тысын оныЈ мольдік массасы ар›ылы аны›тау“а болады

R=8,314/

Егре де ›оспаныЈ кйлемдік Їлесі берілген болса, онда * теЈдеуінен

сонды›тан

ГАЗ љОСПАСЫНЫў

ОРТАША МОЛЬДІК МАССАСЫ
Егер ›оспаныЈ меншікті газ т±ра›тысыныЈ шамасы белгілі болса, онда

=8314,2/R

жЩне

Егер ›оспа кйлемдік Їлеспен берілген болса, онда *** теЈдеуден

ПАРЦИАЛЬДЫ љЫСЫМДАР