Вопрос 47

При движении без трения между отдельными слоями возникают нормальные силы (давление), а касательные силы (напряжение сдвига) – отсутствуют. “Прилипание” к стенкам, характерное для реальных жидкости или газа, значительно изменяет картину линий тока, вызывает, вследствие трения, торможение прилегающего к стенкам тонкого слоя жидкости. В этом слое скорость течения возрастает от нуля на стенке (условие прилипания) до своего полного значения во внешнем потоке. Этот слой называют пограничным слоем или слоем трения. Рассмотрим течение жидкости вдоль пластины. Толщина пограничного слоя увеличивается вдоль пластины по направлению к ее задней кромке.Внутри пограничного слоя касательное напряжение =(dVx/dy)  весьма большое даже при малой вязкости, т.к. градиент скорости в направлении, перпендикулярном плоскости пластины, весьма велик. Вне пограничного слоя касательные напряжения очень малы. Поэтому выделяют две области: Область тонкого пограничного слоя вблизи стенки, в которой учитывают силы трения, и область вне пограничного слоя, в которой силами трения можно пренебречь, т.е. принять гипотезу идеальной жидкости.ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ При расчете теплообменных аппаратов используется кинетическое уравнение, выражающее связь между тепловым потоком Q и площадью поверхности F теплопередачи. Это уравнение называется основным уравнением теплопередачи:  , Q=KFΔ tгде K –коэффициент теплопередачи, определяющий скорость переноса теплоты;   – средняя движущая сила или средняя разность температур между теплоносителями (средний температурный напор) по всей поверхности теплопередачи; t – время. F-площадь теплопередачи.

Вопрос 2. Работа изменения объема рабочего тела

Техническая термодинамика рассматривает в основном термодеформационные системы, рабочими телами которых являются газы и пары.

Чтобы определить работу деформации замкнутой неподвижной си­лы с однородным газообразным (или жидким) рабочим телом, следует рассмотреть бесконечно малое расширение объема занимаемого рабочим телом, в элементарном термодинамическом процес­се.

Газ, заключенный в оболочку способную деформироваться без сопротивления, имеет давление и находится в равновесии с окружающей средой. При бесконечно малом расширении газа оболочка системы смещается в сторону окружающей среды на бесконечно малое расстояние, которое, может быть различным на разных участках поверхности. При этом на каждом участке с эле­ментарной площадью поверхности бесконечно малая сила со­вершает над окружающей средой бесконечно малую работу. Для вычисления элементарной работы, совершаемой всей термодинами­ческой системой, необходимо вычислить интеграл по всей поверхно­сти.

Ввиду сравнительно малых размеров систем, рассматриваемых в тех­нической термодинамике, давление можно принимать не зависящим от положения элементарной площадки на поверхности. Однако это условие не всегда справедливо. Например, в твердых телах напря­жение зависит от положения и ориентации площадки, а в такой термо­динамической системе, как атмосфера, давление воздуха меняется с высотой. В подобных случаях условие постоянства давления непри­менимо.

Произведение dfdx, остающееся в подынтегральном выражении, при р — const представляет собой бесконечно малую часть прираще­ния объема системы d²V, так что

dL =p[ df dx = р [ d² V.

Интегрирование по поверхности дает элементарное приращение объ­ема системы dV при деформации, поэтому d L = pdV.

Разделив полученное выражение на массу m однородного рабочего тела, заключенного в объеме V, получим выражение для элементарной удельной работы объемной деформации:

dl = dL/rn = (pdV)/m = pd (V/m) = pdv,

где v = V/m — удельный объем рабочего тела.

Абсолютное давление — существенно положительная величина, поэтому знак dl определяется знаком dv: при dv > 0 работа производится системой над окружающей средой и счи­тается положительной, при dv < 0 работа совершается окружающей средой над системой и считается отрицательной.

P=P(v)

Эта зависимость, определяемая характером термодинамического процесса, называется уравнением процесса в переменных V, P.

Важнейшим свойством работы как формы обмена энергией является ее зависимость от характера термодинамического процесса.

I . Для термодинамических систем, обладающих более чем одной степенью свободы, вид уравнения процесса определяется не только деформационным воздействием, но и одновременно протекающим термическим воздействием, т. е. теплообменом. Это выражается зависимостью давления от двух переменных — объема и, например, температуры, а дей­ствительная линия такого процесса представляет собой пространст­венную кривую в координатах р, v, Т. Одно и то же конеч­ное состояние системы может быть достигнуто в ходе различных тер­модинамических процессов, изображающихся различными простран­ственными линиями на поверхности состояний р, v, Т.

Таким образом, работа термодинамического процесса не может быть вычислена по начальному и конечному состояниям системы, она является функцией характера термодинамического процесса, а не сос­тояния системы. В связи с этим не может существовать функция, вы­ражающая работу только через параметры состояния, и элементарная работа не обладает математи­ческими свойствами полного дифференциала. Это беско­нечно малое (элементарное) количество энер­гии, переданной рабочим телом окружающей среде оп­ределенным способом.