Введение

Курс технической термодинамики является базовым для студентов теплоэнергетического профиля и для студентов, специализирующихся на разработке и проектировании низкотемпературных установок и технологических машин и аппаратов, входящих в состав этих установок. В курсе лекций рассмотрены основные понятия и сформулированы основные законы термодинамики, изучены процессы, которые протекают в машинах и аппаратах, реализующих процессы преобразования энергии. В пособии подробно рассмотрены термодинамические циклы и проанализированы закономерности, которым они подчиняются. Представлена реализация прямых циклов в конкретных силовых установках – двигателях. Большой раздел пособия посвящён изложению свойств состояний рабочих веществ, применяемых в теплоэнергетических и низкотемпературных системах, таких как газ, влажный пар, влажный воздух.

Особенностью пособия является акцент, сделанный автором на подробном рассмотрении основных терминов, понятий и положений термодинамики, т.к. автор считает термодинамику языком, на котором в дальнейшем придётся разговаривать в своей профессиональной деятельности инженеру – энергетику.

Лекция 1 Предмет термодинамика и основные понятия термодинамики.

Техническая термодинамика-наука, изучающая процесс преобразования энергии, протекающие в различных технических системах. Термодинамика является феноменологической наукой. Это значит, что она описывает процессы или явления с точки зрения их внешних, феноменальных проявлений. При этом описании используются макроскопические параметры и приборы, такие как манометр, термометр и др. Это значит, что термодинамика отвлекается от использования в расчётах представлений о внутреннем строении материи. Иначе говоря, такие понятия, как средняя скорость движения молекулы, расстояние между молекулами, диаметр атома или молекулы не используются в термодинамике.

К основным понятиям термодинамике относят следующие:

• Термодинамическая система;

• Окружающая среда;

• Границы термодинамической системы.

Термодинамическая система (тдс) – совокупность предметов или тел выделенных для исследования.

Окружающая среда (ос)- совокупность всех тел, не вошедших в термодинамическую систему, но которые при этом могут взаимодействовать с телами, вошедшие в термодинамическую систему.

Граница термодинамической системы - это мысленная поверхность, отделяющая термодинамическую систему от окружающей среды. Граница системы обладает рядом свойств. В частности, она может быть проницаемой или непроницаемой для потоков вещества и энергии. Если граница не проницаема не для вещества, ни для энергии, то система не обменивается с окружающей средой ни веществом, ни энергией. Такая система называется изолированной. Если граница проницаема для потока энергии, но не проницаема для потока вещества, то такая система обменивается с окружающей средой энергией, но не обменивается веществом. Такая система называется замкнутой (закрытой). Если система обменивается с окружающей средой и энергией и веществом, такая система называется открытой. Тип системы при проведении термодинамического анализа определяется произвольно, исходя из удобства и простоты проведения расчёта. В некоторых случаях удобнее использовать открытую систему, а в некоторых случаях более простой для описания оказывается закрытая система.

Так, например, сжатый газ, вытесняемый из рабочей полости компрессора в нагнетательную магистраль, соединяющую компрессор с потребителем, можно рассматривать как замкнутую систему, если в качестве термодинамической системы выбрать газ, находящийся в рабочей полости компрессора перед открытием выпускного клапана. Если же в качестве системы выбрать газ, находящийся в рабочей полости компрессора в процессе вытеснения газа в нагнетательную магистраль, то в этом случае рассматриваемая термодинамическая система будет открытой, т.к. масса газа в рабочей полости компрессора в процессе нагнетания будет всё время уменьшаться (изменяться). При расчёте процесса нагнетания компрессора можно использовать оба подхода и, очевидно, они должны привести к одному и тому же результату. Разница же будет состоять в степени трудоёмкости расчёта.