Термодинамическая система
ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ
Техническая термодинамика
Учебное пособие
Тольятти 2010
УДК 621.1
Техническая термодинамика: Учебн. пособие.: Изд., 2010. – 116 с.
В учебном пособии в краткой форме изложены теоретические вопросы основных разделов дисциплины. Выделены важнейшие положения, законы, методы термодинамического анализа процессов и циклов тепловых двигателей и аппаратов. По каждой теме имеются пояснения, вопросы для контроля знаний, задачи с ответами, в отдельных случаях - с решениями, включен справочный материал.
Пособие подготовлено на кафедре теоретической и промышленной теплотехники, соответствует программе дисциплины и предназначено для студентов специальности 330200 Института дистанционного образования.
Рецензенты:
Ю.В. Видин - зав. каф. теоретических основ теплотехники Красноярского политехнического университета, профессор, кандидат технических наук;
С.В. Голдаев - старший научный сотрудник Научно-исследовательского института прикладной математики и механики при Томском госуниверситете, кандидат технических наук.
ВВЕДЕНИЕ
Теплотехника – это общеинженерная дисциплина, изучающая методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты и связанные с этим аппараты и устройства.
Роль энергетики в народном хозяйстве трудно переоценить. Проблем тоже достаточно.
1. Парниковый эффект. Содержащийся в атмосфере углекислый газ пропускает солнечные лучи на Землю, но препятствует охлаждению Земли путем излучения в космос. Ученые утверждают, что от тепловой смерти биосферы нас отделяет один порядок. Будем использовать в 10 раз больше энергии, чем сейчас, погибнем. В последние годы наблюдается повышение концентрации СО2 в атмосфере. Это заставляет резко ограничить потребление углеродосодержащих топлив.
2. Тепловое и химическое загрязнение окружающей среды.Тепловое загрязнение – это выбросы нагретой воды в естественные водоемы и горячих газов в атмосферу. Химическое загрязнение – оксиды серы и азота, зола и сажа, тяжелые металлы, содержащиеся в продуктах сгорания топлив.
3. Озоновые дыры.Разрушается озоновый слой, расположенный в стратосфере Земли, который поглощает солнечное излучение и тепловое излучение Земли, является защитным слоем. Основные вещества, разрушающие озон, окись и закись азота, хлор, окислы тяжелых металлов – находятся в продуктах сгорания топлива, фреонов, минеральных удобрений. Таким образом, источниками этих веществ являются тепловые электростанции, многочисленные тепловые двигатели, ракетоносители и корабли многоразового использования, ядерные взрывы, холодильная техника и производства, использующие фреоны, сельское хозяйство. Самое простое - отказаться от фреонов, и очень сложно – уменьшить содержание вредных выбросов при общем увеличении потребления энергии.
Какие пути уменьшения отрицательного воздействия топливно-энергетического хозяйства на экологию?
Следует вкладывать средства не в увеличение добычи топлива, а в разработку технологических процессов, обеспечивающих более экономное его использование: энергосберегающие технологии, глубокую переработку топлива, безотходные производства, повышение тепловой экономичности действующих тепловых двигателей и установок и создание новых, развитие малой энергетики (ветровые элетродвигатели, мини-гидростанции, использование энергии Солнца), развитие атомной энергетики.
Теоретическим фундаментом теплотехники является техническая термодинамика, которая является теорией тепловых двигателей, аппаратов и устройств, применяемых в энергетике и во всех отраслях народного хозяйства (двигателях внутреннего сгорания, газотурбинных двигателях и установках, паротурбинных установках, реактивных и ракетных двигателях, компрессорах, холодильных машинах, тепловых насосах и т.д.).
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ
Предмет термодинамики
Техническая термодинамика изучает закономерности взаимного превращения тепловой и механической энергии и свойства тел, участвующих в этих превращениях.
На её основе осуществляют расчет и проектирование всех тепловых двигателей, а также всевозможного теплотехнического оборудования.
Термодинамическая система
Термодинамическая система – это совокупность тел, взаимодействующих между собой и с окружающей средой.
Термодинамическая система может обмениваться с окружающей средой энергией, теплом и массой.
Если такой обмен исключен, система называется изолированной, если отсутствует теплообмен – адиабатной, если отсутствует массообмен – закрытой, при наличии массообмена – открытой. Пример закрытой термодинамической системы – газ, заключенный в цилиндре под поршнем, внешняя среда – окружающий воздух. Поток газа или пара в турбине или трубопроводе – открытая термодинамическая система. Газ, находящийся в закрытой емкости с идеальной тепловой изоляцией, – изолированная и одновременно адиабатная система.
Простейшей термодинамической системой является рабочее тело (газ или пар), с помощью которого в тепловом двигателе осуществляется превращение теплоты в работу. Например, в двигателях внутреннего сгорания рабочим телом являются продукты сгорания топлива, в паротурбинных установках – водяной пар.