Жылутехниканың теория негіздері. қысым, температура, көлем, энтропия, энтальпия туралы ақпарат

Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 9 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ және ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

СЕМЕЙ қаласының ШӘКӘРІМ атындағы

МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

Инженерлік-технологиялық факультеті

(факультет)

«Техникалық физика және жылуэнергетика» Кафедрасы

(кафедра)

Мамандыққа кіріспе

(пән атауы)

СӨЖ

(жұмыс түрі)

Жылутехниканың теория негіздері. Қысым, температура, көлем, энтропия, энтальпия

Орындаған: Букумбаева Т

Тексерген: Сейсенбаева М. Қ

2015ж

МАЗМҰНЫ

Кіріспе3

1. Жылутехниканың негізгі теориясы4

1. 1 Температура5

1. 2 Қысым . . . 6

1. 3 Энтальпия7

1. 4 Энтропия7

1. 5 Көлем . . . 8

Пайдаланылған әдебиеттер9

Кіріспе

Жылулымы тасымалдау, заттар массасын жеткізу және керісінше жүргізу, жиі өтетін процесстер, сондыктаи, сонгы кездері, осы скі кұбылыстың заңдылыгын жылу масса алмастыру теориясымен. Бірақта, массаалмастырылу, жылу алмасуга карағанда, таза практика түрінде, тіптен аз кездеседі, негізінен жылу алмасуга көп көңіл аударады. Жылу алмастырудын, әртүрлі түрлерінің, заңдылыгының агынуын ілгениен соң, жылу алмастырушы агіпараттардың озінс немесе баска максаттыларына (бу қазандарына, конденсаторга, ауа жылытқыштарга) есептеу жұмыстарын жүргізуге болады; олар: металлды қыздыру жылдамдыгын есептеуді: электрлі машиналармен күш беруші трансформаторлардың жылулыгын есептеулерін; ғарыштық кемелердін, атмосфераның тыгыз қабатына кіргендегі сыртқы корабының температурасын аныкгау және эртүрлі техника саласында кездесетін, біркатар баска мәселелерін шешу есептеулері жатады. Табиғатта да және өндірістік қондырғыларда да, энергия мен массалар, әр түрлі объектілерінде, алмасу процесстері өтеді. «Алмасу» терминінің орнына «тасымалдау» термині жиі қолданылады. Ылғапды матсриалдарды күргату процесстері болып, мысапы өндірістік процесстерде кэдімгі жылу мен масса тасымалдау. Ылгалды апып кетуін, кұрғатушы қондырғыларда материалдардың жылу алмасуы ыстық ауамен немесе ыстық газды-ауалы қоспапар нәтижесінде жүргізіледі де, сонымен қатар жылу және масаалмасу қатар отеді. Жылу және массаапмасу физикалық процесстен басқа, химиялық реакңиямен жиі жүреді. Жану процессі жэне қатты отындардың газификациясын жагу, жылу процессімен бірге өтуі - және осындай кондыргыларындагы массаалмасу жүреді. Жылу жэне масса алмасу процессі өзінің табиғаты бойынша өте күрделі. Олар конвективті (молярлы) және молярлы диффузиямен байланысты жэне аэродинамика мен газодинамиканың зандарымен анықталады, жылудинамикалар - жылулық пішінінде энергияның берілуі, сэулелі энергияның берілуі мен жылулыққа түрленуі және керісінше, жүреді. Алдымен, жылуалмасу немесе жылуберу теориясын өтуде, ал массалмасу заттардың концентрациясын теңестіруінде байқалады. Онда, әрбір коспа құраушысы, бір орыннан екіншісіне, молекулальі диффузияның комегімен жэне турбулентгі (конвективті) диффузиялық жолмен, яғни бірінші жағдайында микроскопиялық, ал екіншісінде - макроскопиялық жолмен өтеді.

Жылутехниканың негізгі теориясы

Жылу техникасы - жылу энергиясын алу мен оны пайдалану әдістерін қамтитын ғылым мен техника саласы. Адамзат қоғамы пайдаланатын жылудың негізгі көзі - жанған кезде жылу бөлетін табиғи органикалық отындар. Ол қатты, сұйық және газ тәрізді отын болып бөлінеді. Отын сапасы 1 кг отын толық жанғанда бөлінетін жылу мөлшерімен анықталады.

Қазақстанда пайдаланылатын энергияның 95%-тен астам бөлігі органик. отын (негізінен көмір) жағу арқылы өндіріледі. Жылу энергиясының табиғи көздеріне - Күн энергиясы мен геотермиялық энергия (Жер қойнауының жылуы, жер асты ыстық сулары, вулкандық жылу) жатады. Органик. отынмен қатар, 20 ғ-дың ортасынан бастап жылу энергиясын алу үшін ядр. отын пайдаланылады. Ядр. отынның негізгі түрі - уран изотопы. 1 кг уран 109 ккал) энергия бөлінеді. Бұл энергия ядр. 109 кДж (20 ыдырағанда 84 реакторда жылуға айналады. Ақтау қ-нда қуаты 150 МВт атом электр ст. (Маңғыстау энергокомбинаты) жұмыс істеді. Жылуды электр энергиясына түрлендіру арқылы да алуға болады. Өндірілген жылуды пайдалану Жылу техникасында екі басты бағытта жүргізіледі. Біріншісі - әр түрлі өндірістік пештер (қыздыру, күйдіру, балқыту және электрдоғалық, индустриялық, т. б. пештер) мен әр түрлі жылу алмасу аппараттарында жылуды пайдалану болса, екіншісі - күш қондырғылары (компрессор, т. б. ) мен жылу қозғалтқыштарында (бу машинасы, іштен жанатын қозғалтқыш, т. б. ) жылуды энергияға (мех., электрлік, т. б. ) түрлендіріп пайдаланатын жылу энергетикасы. Жылу техникасының теориялық негізі - термодинамика, жану және жылу мен зат алмасу заңдылықтары. Жылутехникасы төменгі темп-ра алу мәселесімен де шұғылданады.

Жылу машинасы - жылудың жұмысқа не жұмыстың жылуға түрленуі іске асырылатын машина (жылулық қозғалтқыш, жылулық сорғы, т. б. ) . Жылу машинасының жұмыс істеу принципінің негізінде жұмыстық дене (газ, су буы, т. б. ) атқаратын айналмалы процесс (термодинамикалық цикл) жатыр. Жұмыстық дененің әр цикл сайын атқаратын жұмыс мөлшері оған берілген және одан алынған жылу шамаларының айырмасына тең.

Жылуэнергетикалық құрылгының барлық кезеңдерінде жергілікті жузу және ұшу аппараттары ғылыми-техникалық экспериментгік зерттеумен кең ауқымда тығыз байланысты. Жылутехникалык құрылғыны ретке келтіру мен жинау тәжірибе жолымен алынады. Эксперменттік зерттеу кезінде келесі сұрақтар туындайды:

Бұл сұрақтарга ұксастық теориясы жауап береді, құбылыстардың ұксастық теориясы дегеніміз - тәжірибе теориясы. Бірінші сұраққа ұқсастықтың бірінші теоремасы жауап береді: құрамындагы қаралатын процестің ұқсас сандарын, тәжірибеде шамаларды өлшеу қажет. Екінші сұраққа ұқсастықтың екінші теоремасы жауап береді: тәжірибе нәтижесінде ұқсас сандардың өңделуі тиіс; бұл жалпы

заңды табуға колайлы; қаралатын мәселенің барлық процестері үшін дұрыс. Үшінші сұрақта ұқсастықтың үшінші теоремасы жауап береді: сандардың теңдігі мен бір мәнді ұқсастық шарттарын сол процестер мен құбылыстар ұқсастығы қарастырады. Осыган орай ұқсастық теориясы тәжірибе теориясы деп аталады.

Жылуалмасуда колданылатын апараттың ұқсас шарттарын төмендегідей тұжырымдауга болады:

жылуалмасу жүйесінде уақыт - кеңістіктегіндегі нүктелер физикалық параметрлер ұқсастығы болып табылады. ұқсас (сандар) теңдіктер өлшемі. Шамаларынан тұратын берілген кұбылыстың сипаттамасын, ұксас сандардың өлшемсіз жиыны құрайды. Ұқсас сандар, поцестердіц ұксастығын күрайтын теңсіздік ұқсастық олшемі немесе (бірдей сандар) инвариаіптығы деп аталады. Ұксастыктыц бірінші теоремасы, осындай процесгер бірдей сандар (өлшемі) үксастығы болып табылады.

Үксас сандарды белгілеу, гидродинамика және жылу алмасу теориясын зерттеуде айтарлықтай үлес қосқан зертгеушілердің тегінің алғашқы екі эріпімен белгілу қабылданған.

1. 1Температура

Температура - макроскопикалық жүйенің термодинамикалық тепе-теңдік күйін сипаттайтын физикалық шама. Егер оқшауланған немесе тұйықталған жүйе термодинамикалық тепе-теңдік күйде болса, онда оқшауланған немесе тұйықталған жүйенің кез келген бөлігінде температура бірдей болады. Ал егер жүйе тепе-теңдік күйде болмаса, онда жылу (энергия) оның температурасы жоғары бөлігінен температурасы төмен бөлігіне қарай ауысып, белгілі бір уақыт өткеннен кейін жүйенің барлық бөліктеріндегі температура өзара теңеседі. Молекула кинетикалық теория тұрғысынан тепе-теңдіктегі жүйенің температурасы сол жүйені құрайтын атомдардың, молекулалардың, т. б. бөлшектердің жылулық қозғалысының қарқындылығын сипаттайды. Мысалы, классикалық статистикалық физиканың заңдарымен сипатталатын жүйе үшін бөлшектердің жылулық қозғалысының орташа кинетикалық энергиясы жүйенің абсолют температурасына тура пропорционал болады. Бұл жағдайда температура дененің жылыну (қызу) дәрежесін сипаттайды. Жалпы жағдайда температура жүйе энергиясының энтропия бойынша алынған туындысымен анықталады және ол әрқашан оң болады. Осылай анықталған температура абсолют температура немесе термодинамикалық шкала температурасы деп аталады. Бірліктердің халықаралық жүйесінде абсолют температураның бірлігіне кельвин (К) қабылданған. Көп жағдайда температураны Цельсий шкаласы (t) бойынша өлшейді. Ал t және Т бір-бірімен: t=T-273, 15К теңдігі арқылы байланысқан (мұнда Цельсий градусы кельвинге тең) . Дене температурасы термометр арқылы өлшенеді.

1. 2 Қысым

Қысым бір дене екінші дене бетіне (мысалы, ғимарат іргетасының грунтқа, сұйықтықтың ыдыс қабырғасына, қозғалтқыш цилиндріндегі газдың піспекке, т. б. ) әсер еткенде пайда болатын қалыпты күштің (дене бетіне перпендикуляр) қарқындылығын сипаттайтын физикалық шама. Егер денеге әсер ететін күш оның бетіне біркелкі таралса, онда қысымы (р) былай өрнектеледі: Мұндағы S - дене бетінің күш түсетін бөлігінің ауданы, F - сол бөлікке перпендикуляр түсірілген күштердің қосындысы. Күш біркелкі таралған жағдайда қысым дене бетінің барлық нүктесінде бірдей болады, ал күш біркелкі таралмаса, онда қысым бір нүктеден екінші нүктеге өткен сайын өзгеріп отырады. Тұтас, үздіксіз орта үшін сол ортаның әрбір нүктесінің қысымы туралы ұғым енгізіледі. Бұл ұғым сұйықтық пен газ механикасында маңызды рөл атқарады.

Тыныштықтағы сұйықтықтың кез келген нүктесінің барлық бағытындағы қысымы бірдей болады. Бұл жағдай қозғалыстағы идеал (үйкеліссіз қозғалатыс) сұйық пен газ үшін де орындалады. Тұтқыр сұйықтықтың берілген нүктедегі қысымы ретінде өзара перпендикуляр үш бағыттағы (х, у, z - осьтері бағытындағы) қысымның орташа мәні р = (рх+ру+рz) /3 алынады. Газдардың кинетикалық теориясы бойынша, газды ортадағы қысым жылулық қозғалыстағы газ молекулаларының бір-бірімен, газдағы денелермен және ыдыс қабырғаларымен соқтығысуы кезінде импульстың берілуімен байланысты болғандықтан мұны “жылулық” қысым деп атайды. Ол газдың абсолют температурасы (Т) мен бірлік көлемдегі газ молекулаларының санына (n) пропорционал: р = nkT, мұндағы k = 1, 38. 10-23 Дж/К - Больцман тұрақтысы.

Сұйықтықтар мен қатты денелердің қысымы денелердің бір-біріне жақындауы кезінде олардың атомдарының бірін-бірі тебуі нәтижесінде пайда болады. Мұны “суық” қысым дейді. Тыныштықтағы сұйықтық салмағының әсерінен оның ішінде h тереңдікте пайда болатын қысымды гидростатикалық қысым деп атайды: р = rgh, мұндағы r - сұйықтықтың тығыздығы, g - еркін түсу үдеуі. Егер сұйық бетіне сырттан р ⁰ қысымы түсірілетін болса, онда h тереңдіктегі сұйық қысымы: р = р ⁰ + rgh өрнегімен анықталады. Қысым физикалық, химиялық, механикалық, биологиялық, т. б. құбылыстарда елеулі рөл атқарады; манометр, барометр, вакуумметр тәрізді құрылғылардың және әр түрлі қысым датчиктерінің көмегімен өлшенеді. Қысымның Бірліктердің халықаралық жүйесіндегі өлшем бірлігі - Паскаль (Па) . 1 Па = Н/м2. Бірліктердің МКГСС жүйесінде кгс/см ² , сондай-ақ жүйеден тыс өлшем бірліктері: атмосфералық (физикалық атмосфера), мм сынап бағанасы, мм су бағанасы.

Энтальпия

Энтальпия - қысым тұрақты болған жағдайдағы (изобаралық процесс кезіндегі) жылу эффектісі. Энтальпия жылулық функция, жылу мөлшері - термодинамикалық жүйе күйінің функциясы болып келетін жылуға қатысты шама. Бұл терминді алғаш Х. Камерлинг-Онненс енгізген. Энтальпия (H) жүйенің ішкі энергиясының (U) және жүйенің қысымы (p) мен көлемі көбейтіндісінің қосындысына тең: H=U+pV. Изобаралық процестегі (p=const) Энтальпияның өсімшесі бөлшектер саны тұрақты болатын гомогенді жүйеге берілген жылу мөлшеріне тең. Мұндай жағдайда Энтальпия жылу функциясы деп аталады. Энтальпияның өзгеруі қысым тұрақты болған жағдайда жүйеге берілетін немесе одан алынатын жылу мөлшеріне тең болады. Сондықтан энтальпияның өзгерісі қысым тұрақты болғанда жүретін фазалық ауысулар (балқу, қайнау, т. б. ) мен әр түрлі химиялық процестердегі жылуларды (түзілу жылуы, жану жылуы, еру жылуы, атомдану жылуы, т. б) сипаттайды. Энтальпия Бірліктердің Халықаралық жүйесінде (СИ) джоульмен (Дж. ) өрнектеледі.

Энтальпия - энергия деп есептеліп, сол жағдайдағы денемен байланысы болса, яғни жағдайдың функциясы ретінде, болғандықтан u, p және v жағдай функциялары болып есептеледі. Процесс кезінде, тұрақты қысымы dp = 0 және теңдеуімен, dq=du +pdv, бұдан шығады:

$~di=du+pdv+vdp=du+pdv=d{q_p}$

Яғни, меншікті энтальпияның өзгеруі, денеге жеткізілген жылулық ағынына тең, P-const кезінде, теңдеуінен табамыз q _p i ₂ +i ₁ , немесе

$~Q={J_2}+{J_1}$

Энтальпия J = mi - экстенсивті (аддитивті) шама. Меншікті энтальпия i үдемелі қасиетінде болады.

Энтальпияны - кеңейтілген жылу динамикалық жүйеге жатқызбай, қоршаған ортаға жатқызу ыңғайлы, сондықтан, дене мен ортаның, pv ішкі энергиясын сипаттайды (қозғалту жұмысы деп аталады), яғни жүйенің жалпы энергиясын сипаттауы. Соңғысында, ол дененің ішкі энергияның рөлін атқарады.

Идеалды газ үшін, меншікті жылу сыйымдылығы С _р тұрақты болады және оны мына теңдеумен шешеді: