Истечение газов и жидкостей

ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ

В.С.ЗВОНОВ

Санкт-Петербургский пожарно-спасательный колледж

Предмет: термодинамика, теплопередача, гидравлика

10 апреля, 20232014 г.

Истечение газов и паров.

В.С.ЗВОНОВ

Санкт-Петербургский пожарно-спасательный колледж

Предмет: термодинамика, теплопередача, гидравлика

10 апреля, 20232014 г.

Второй закон термодинамики

Любой реальный самопроизвольный процесс необратим.

При протекании в ТДС необратимого процесса неизменно возрастает энтропия. Чем больше необратимость – тем больше энтропия. Изменение энтропии – мера необратимости термодинамических процессов.

Аналитическое выражение второго закона термодинамики

Знак > характеризует необратимые процессы Знак = характеризует обратимые процессы

Объединенное уравнение

Объединенное уравнение первого и второго закона термодинамики для обратимых процессов и 1 кг рабочего тела:

История

Рабочая гипотеза тепловой машины, устанавливающая условия превращения теплоты в работу с точки зрения получения максимального к.п.д.

Малая величина к.п.д. тепловой машины – особенность теплоты, а не технического несовершенства машин.

Теоретические тепловые машины работают по круговым термодинамическим процессам – циклам.

Второй закон термодинамики для циклов Процесс, в котором рабочее тела, претерпев ряд

изменений, возвращается в первоначальное состояние, наз.круговым.

Необходимы 3 элемента: Нагреватель или теплоприемник с T1; Холодильник с T2; T1 > T2; Рабочее тело.

Пример цикла

Подводят тепло q1

Рабочее тело расширяется и совершает работу

Для возвращения рабочего тела в первоначальное состояние (сжатие) часть внутренней энергии в форме теплоты рабочее тело отдаст холодильнику q2

Теплота цикла:

Работа цикла:

сжрасц ааа

Циклы

Циклы

Во всех циклах изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии равно 0.

Первый закон термодинамики для циклов:

Второй закон термодинамики в формулировке Карно В круговом процесса теплота нагревателя

не может быть полностью превращена в работу.

Совокупность процессов расширения и сжатия образовала термодинамический цикл, площадь которого равна работе, совершенной рабочим телом.

Классификация циклов

Цикл прямой – линия процесса расширения на p-v диаграмме расположена выше линии сжатия.

Цикл обратный - …… Цикл обратимый – состоит из обратимых процессов. Цикл необратимый - ……

По прямым циклам работают все тепловые двигатели, производимая работа отдается внешнему потребителю.

По обратным циклам работают холодильные машины, теплота переходит от холодного тела к горячему

Степень совершенства цикла

Для оценки цикла необходимо знать долю теплоты q1, превращенной в полезную работу. Термический к.п.д.:

Т.е. невозможно создать тепловую машину, термический к.п.д. которой был бы равен единице.

Цикл Карно

р-v - диаграмма T-S - диаграмма

Цикл Сади Карно

Термодинамический цикл состоит из 2-х изотермических и 2-х адиабатных процессов;

Обратимый круговой процесс состоит из обратимых термодинамических процессов;

Термический к.п.д. цикла Карно не зависит от природы газа и определяется температурами нагревателя и холодильника

Количество подведенного тепла

Теплота цикла

К.п.д. цикла Карно

1

2

1

21

11

1)(

T

T

ST

STT

q

q

q

a ццк

Рабочеетело

Q1

Q2

Нагреватель Т1

Холодильник Т2

Основные части тепловой машины.

A = Q1 – Q2A = Q1 – Q2A = Q1 – Q2A = Q1 – Q2A = Q1 – Q2A = Q1 – Q2A = Q1 – Q2A = Q1 – Q2A = Q1 – Q2A = Q1 – Q2

КПД теплового двигателя (машины)

Коэффициентом полезного действия теплового двигателя (КПД) называется отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя:

Коэффициент полезного действия любого теплового двигателя меньше единицы и выражается в процентах. Невозможность превращения всего количества теплоты, полученного от нагревателя, в механическую работу является платой за необходимость организации циклического процесса и следует из второго закона термодинамики.

Что это такое?

Цикл Карно. КПД идеального теплового двигателя

Наибольшим КПД при заданных температурах нагревателя Tнагр и

холодильника Tхол

обладает тепловой двигатель, где рабочее тело расширяется и сжимается по циклу Карно график которого состоит из двух изотерм (2–3 и 4–1) и двух адиабат (3–4 и 1–2).

А можно ли создать ьепловую машину кпд равным 1 ?

Второй закон термодинамики

ПроцессыПроцессы

Обратимые Необратимые

Обратимый процесс

Это процесс, который может происходить как в прямом, так и в обратном направлении

Обратимый процесс – это идеализация реального процесса.

Все макроскопические процессы проходят в определенном направлении

Необратимый процесс Процесс, обратный которому

самопроизвольно не происходит Все макроскопические процессы

являются необратимыми

Примеры

Кусок льда, внесенный в комнату, не отдает энергию окружающей среде и не охлаждается

Маятник самостоятельно не наращивает амплитуду колебаний

Ни охлаждение льда в первом случае, ни увеличение

амплитуды во втором не противоречит ни закону

сохранения энергии, ни законам механики. Оно противоречит

лишь второму закону термодинамики

Второй закон термодинамики

В циклически действующем тепловом двигателе

невозможно преобразовать все количество теплоты,

полученное от нагревателя, в механическую работу

Формулировка Р. Клаузиуса Невозможно

перевести тепло от более холодной системы к более горячей при отсутствии одновременных изменений в обоих системах или окружающих телах

Формулировка У. Кельвина Невозможно

осуществить такой периодический процесс, единственным результатом которого было бы совершение работы за счет теплоты взятой от одного источника

Статистическое истолкование второго закона термодинамики Изолированная система

самопроизвольно переходит из менее вероятного состояния в более вероятное, или

Замкнутая система многих частиц самопроизвольно переходит из более упорядоченного состояния в менее упорядоченное

Основа второго закона термодинамики

Для превращения тепла в механическую работу необходимы два источника тепла с различной температурой и рабочее тело.

В цикле тепло источника с большей температурой не может быть полностью превращено в работу, т.к. часть его отдается источнику с меньшей температурой.

Тепло не может само переходить от тела менее нагретого к более нагретому без затрат работы.

Второй закон термодинамики для циклов

Математическая запись:

Знак = - обратимые циклы; Знак < - необратимые циклы. Если интеграл, взятый по замкнутому контуру, равен

0, то под знаком интеграла находится полный дифференциал некоторой функции:

Профессор Звонов Валерий СтепановичСанкт-Петербургский пожарно-спасательный колледж

v_zvonov@mail.ru

БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ

Профессор Звонов Валерий Степанович

Санкт-Петербургский пожарно-спасательный колледж

«Основные законы термодинамики -2 »

Профессор Звонов Валерий СтепановичСанкт-Петербургский пожарно-спасательный колледж

ВОПРОСЫ ?