TERMODYNAMIKA
7.10.2015r
Termodynamika techniczna - zajmuje się zagadnieniami przetwarzania energii cieplnej na mechaniczną w sposób możliwie najbardziej ekonomiczny opierając się na podstawach fiz. objętych termodynamiką.
Obiekt badań termodynamiki:
Układ - maszyna, urządzenie lub jej fragment
Otoczenie - pozostała część świata
Energia - zdolność do wykonywania pracy mechanicznej, elektrycznej lub innej. Energia całkowita układu to suma energii wewnętrznej i zewnętrznej. [1J]
Egzergia - określa jakość energii. Jest to ta część energii, która może być praktycznie wykorzystana.
Praca - istnieje tylko wtedy, gdy zachodzi przekazywanie energii.
0 zasada termodynamiki
Jeżeli dwa układy, wzajemnie odizolowane od siebie, są w równowadze cieplnej z układem trzecim, to znajdują się w równowadze cieplnej między sobą.
Jeżeli:
to: TA=TB i A↔B
I zasada termodynamiki
Ciepło doprowadzone do układu zużywane jest na wykonanie pracy i przyrost energii wewnętrznej tego układu.
Q= L+∆Ew Q - ilość ciepła doprowadzona do układu
L - praca wykonana nad układem
∆Ew - przyrost energii wewnętrznej układu
II zasada termodynamiki (Rudolf Clausius)
Ciepło nie może samorzutnie przenosić się z ciała o temp. niższej do ciała o temp. wyższej.
II zasada termodynamiki (William Thomson)
Nie jest możliwe zbudowanie silnika przetwarzającego całą ilość pobranego ciepła na pracę. Aby zamienić ciepło na pracę muszą być dwa źródła ciepła o różnych temp.
Entropia - miara stopnia nieuporządkowania układu
ds= dQ /T
Iloraz elementarnej ilości ciepła dQ do temp. bezwzględnej T czynnika termodynamicznego, przy której to elementarne ciepło jest doprowadzane. W dowolnej przemianie termodynamicznej entropia układu wraz z jego otoczeniem pozostaje stała.
ds=dQ/T dla procesów nieodwracalnych dS>dQ/T
III ZASADA TERMODYNAMIKI (tzw. zasada Nernsta-Plancka)
Zmiana entropii, dowolnej odwracalnej przemiany dąży do zera bezwzględnego. (Nie można otrzymać zera bezwzględnego). Nie można za pomocą skończonej liczby kroków wykazać temp. O bezwzględnego (OK), jeżeli za pkt. wyjścia obierzemy niezerową temp. bezwzględną.
Równanie gazu doskonałego
pV=nRT ; R=m∙Ri
Ri - stała gazowa indywidualna
Przemiana termodynamiczna
Ciągła zmiana niezależnych parametrów, które charakteryzują stan termodynamiczny pewnego układu, pomiędzy dowolnie przyjętymi stanami początkowymi i końcowymi.
14.10.2015r
Przemiana politropowa
Przemiana realizowana przy stałej pojemności cieplnej układu c. Ciepło właściwe (molowe) układu jest stałe w danej przemianie politropowej, w poszczególnych przemianach może przyjmować wartości w granicach <-∞;∞>
Równanie politropy
p∙Vm=const
T∙Vm-1=const
Tm∙p1-m=const
Wykładnik politropy
m=c-cpc-cv
c - pojemność cieplna (właściwa) układu, [kJ/(kg∙K)] lub molowa [kJ/(kmol∙K)]
Cp - ciepło właściwe molowe pod stałym ciśnieniem, [kJ/(kg∙K)] lub [kJ/(kmol∙K)]
Cv - ciepło właściwe molowe w stałej objętości, [kJ/(kg∙K)] lub [kJ/(kmol∙K)]
Przemiany gazu doskonałego
· izochoryczna V=const c=cv
· izobaryczna p=const c=cp
· izotermiczna T=const
· adiabatyczna - izentropowa S=const m=cp/cv=κ
· izentalpowa H=const
κ=cv+Rcv κ=cpcp-R
Stopień suchości x
x=mpmp+mc
mp - masa pary
mc - masa cieczy
W obszarze pary izoterma i izobara zachowują się tak samo.
28.10.2015r
Obieg (cykl) termodynamiczny
Szereg następujących po sobie przemian prowadzących do stanu końcowego identycznego ze stanem początkowym. Podczas przemian ciepło jest odbierane i doprowadzone, a praca jest wykonywana i oddawana.
Rodzaje obiegów
· odwracalne - wszystkie przemiany są odwracalne
· nieodwracalne - chociaż jedna przemiana jest nieodwracalna
Obieg prawobieżnym - w przód
Zamiana ciepła na pracę, stosowany w silnikach cieplnych. Jeżeli ciepło jest dostarczone do układy prawobieżnego, to zgodnie z równaniem dS=dQ/T, następuje wzrost entropii. Aby zachować warunek odwracalności dS=0 należy część ciepła odprowadzić, dlatego każdy obieg termodynamiczny powinien mieć przynajmniej dwa źródła ciepła.
Obieg lewobieżny - wstecz
Następuje zmiana pracy na ciepło, realizowany w chłodziarkach i pompach cieplnych.
Sprawność termiczna
η=LobQl
Lob - suma prac objętościowych i technicznych wszystkich przemian tworzących dany obieg
Ql - ciepło dostarczone
· parowe - realizowane w pobliżu linii przemiany fazowej
· gazowe - realizowane w przybliżeniu w obszarze gazu doskonałego, z dala od linii fazowej.
Obieg carnota Składa się z dwóch przemian adiabatycznych i dwóch izotermicznych.
Na cykl składają się następujące po sobie procesy:
· Rozprężanie izotermiczne – czynnik roboczy styka się ze źródłem ciepła, ma jego temperaturę i poddawany jest rozprężaniu izotermicznemu w temperaturze TH, podczas tego cyklu ciepło jest pobierane ze źródła ciepła.
· Rozprężanie adiabatyczne – czynnik roboczy nie wymienia ciepła z otoczeniem i jest rozprężany, aż czynnik roboczy uzyska temperaturę chłodnicy (TL).
· Sprężanie izotermiczne – czynnik roboczy styka się z chłodnicą, ma temperaturę chłodnicy i zostaje poddany procesow i sprężania w tej temperaturze (TL). Czynnik roboczy oddaje ciepło do chłodnicy.
· Sprężanie adiabatyczne – czynnik roboczy nie wymienia ciepła z otoczeniem, jest poddawany sprężaniu, aż uzyska temperaturę źródła ciepła (TH).
Sprawność obiegu carnota-
η=LobQ1=Q1-Q2Q1=1-Q2Q1=1-T2T1
To obieg teoretyczny (temperatura dolnego i górnego obszaru, muszą się rozjeżdżać, wtedy sprawność będzie rosła). Sprawność nie zależy od czynnika termodynamicznego.
W warunkach rzeczywistych wymiana ciepła z otoczeniem nie zachodzi izotermicznie tylko izobarycznie.
Obieg carnota w obszarze pary mokrej
1-2 - uzyskanie pary
2 - para mora - oddaje ciepło do otoczenia na drodze 2-3
(para mokra zamienia się w ciecz)
3 - para mokra, dominuje ciecz - na drodze
3-4 zachodzi ściśnięcie pary mokrej (ciecz)
Nie możliwe jest sprężanie cieczy adiabatycznie, dlatego też przepompowuje się ją izochorycznie. Obieg staje się wówczas nieodwracalny.
Cykl Carnota jest obiegiem odwracalnym. Czynnikiem termodynamicznym jest gaz. Do realizacji cyklu potrzebne są tez dwa źródła ciepła: górne źródło ciepła oraz dolne źródło ciepła, jako chłodnica.
1-2 – czynnik roboczy styka się ze źródłem ciepła, ma jego temperaturę i poddawany jest rozprężeniu izotermicznemu w temperaturze T1,
2-3 – czynnik roboczy nie wymienia ciepła z otoczeniem i jest rozprężany adiabatycznie aż do uzyskania temperatury chłodnicy T2,
3-4 – czynnik roboczy zostaje poddany sprężeniu izotermicznemu (T2) oddając ciepło chłodnicy.
...
xdarkax93