Параметры состояния идеального газа в характерных точках цикла

Параметр Характерная точка	, МПа	, м3/кг	, К	Примечание
1
2
3
4
5

3.3. Определение массовых изобарной и изохорной теплоёмкостей.

Массовые изобарная и изохорная теплоёмкости (кДж/(кг·К)) определяется по формуле:

где – мольные изобарная и изохорная теплоёмкости, кДж/(кмоль ·К).

Таблица 2

Приближенные значения мольных теплоемкостей при постоянном объеме и постоянном давлении ( ) [ ]

Газы	, кДж/(кмоль ·К)	, кДж/(кмоль ·К)
Одноатомные	12,56	20,93
Двухатомные	20,93	29,31
Трехатомные	29,31	37,68

3.4. Процессы газового цикла.

Рассматриваемые процессы газа равновесные, т. е. состоят из равновесных промежуточных состояний, которые характеризуются одинаковым давлением, удельным объемом и температурой. Расчет процессов газового цикла начинается с процесса (1-2).

Уравнение первого закона термодинамики дает возможность исследовать явления, происходящие с газами при изменении его состояния.

В общем виде первый закон термодинамики представляет собой математическое выражение закона сохранения и превращения энергии. Его можно представить в таком виде :

,

т.е. подведенное к газу тепло расходуется на изменение внутренней энергии газа и на совершение работы.

Изменение энтальпии для термодинамических процессов определяется по формуле

Превращение работы в теплоту происходит всегда полностью, обратный же процесс превращения теплоты в работу при непрерывном переходе возможен лишь при определенных условиях. Второй закон термодинамики устанавливает условия преобразования тепловой энергии в механическую, определяет направление, в котором протекают процессы, а также максимальное значение работы, которая может быть произведена тепловым двигателем.

Для изучения процессов превращения тепла в работу в тепловых двигателях используют параметр состояния газа – энтропию газа.

В данной работе рассматривается прямой обратимый цикл. Второй закон термодинамики для обратимого процесса имеет вид :

Для вычисления изменения энтропии для термодинамических процессов (кроме адиабатного) используют логарифмические зависимости. В адиабатном процессе изменения состояния газа, в котором , энтропия не изменяется.

Если в прямом цикле в процессе расширения к газу подводится тепло в количестве , а в процессе сжатия от газа тепло отводится в количестве , то разность как теплота исчезает в течение цикла в результате преобразования её в механическую энергию. Так как газ возвращается в первоначальное состояние, изменение внутренней энергии нет , т.е. в соответствии с первым законом термодинамики:

,

так как в течение цикла совершена полезная работа. Исчезнувшее тепло , затраченное на совершение полезной работы, называется полезным теплом; количества тепла называется подведенным теплом, а - отведенным.

Для количественной оценки работы идеального теплового двигателя, в котором отсутствуют потери на трение, пропуски через не плотности, излучение вводится отношение

,

называемое термическим коэффициентом полезного действия. Этот коэффициент измеряет количество полезной работы на единицу подведенного тепла.

3.4.1. Изохорный процесс. Уравнение изохоры - v = const .

Для этого процесса связь между термическими параметрами начального и конечного состояний газа выражается законом Шарля

.

В этом процессе все подводимое тепло расходуется на изменение внутренней энергии, так как газ работы не совершает , кДж/кг

.

Изменение энтропии,

.

3.4.2. Изобарный процесс. Уравнение изобары - р = const.

Для этого процесса связь между термическими параметрами начального и конечного состояний выражается законом Гей-Люссака :

.

Работа изменения объема газа, кДж/кг

Уравнение первого закона термодинамики для процесса

.

В изобарном процессе все подводимое тепло расходуется на изменение энтальпии газа, кДж/кг

.

Изменение энтропии, кДж/(кг·К)

.

3.4.3. Изотермический процесс. Уравнение изотермы - .

Для этого процесса справедлив закон Бойля – Мариотта . Зависимость между начальными и конечными параметрами

.

Работу 1 кг газа можно определить, используя уравнения

.

Внутренняя энергия в изотермическом процессе не изменяется, поэтому

.

Количество тепла, сообщаемое газу или отнимаемого от него:

.

Изменение энтальпии равно нулю

.

Изменение энтропии

3.4.4. Адиабатный процесс.

Адиабатным называется процесс, протекающий без теплообмена между рабочим телом и окружающей средой .

– уравнение адиабаты, где – показатель адиабаты

.

Зависимость между начальными и конечными параметрами процесса:

,

Количество теплоты для данного процесса , тогда уравнение первого закона термодинамики для адиабатного процесса

,

следовательно, изменение внутренней энергии

.

Работа расширения совершается из–за убыли внутренней энергии при сжатии же расходуется на повышение внутренней энергии:

или

.

Изменение энтропии

.

3.4.5. Политропный процесс

Политропными называются процессы, в которых теплоемкость имеет любое, но постоянное на протяжении всего процесса значение .

– уравнение политропы, где n – показатель политропы

,

где – теплоемкость политропного процесса,

.

Зависимость между начальными и конечными параметрами процесса

,

Работу в политропном процессе можно определить, используя уравнения:

или

,

.

Количество теплоты, сообщаемого газу или отнимаемого от него, кДж/кг

.

Изменение внутренней энергии

или

.

Изменение энтропии в политропном процессе

.

В данной работе адиабатный и политропный процессы отсутствуют.

3.5. Результат расчета термодинамических процессов газового цикла приводится в табл. 3.

Таблица 3