ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 13.12.2021
Просмотров: 870
Скачиваний: 4
Б.В. Дзюбенко
Термодинамика
Учебное пособие для студентов высших учебных заведений
Москва, 2006
В предлагаемом студентам учебном пособии по курсу «Термодинамика» излагаются законы термодинамики и методы термодинамического расчета применительно к различным термодинамическим процессам и системам (ТС) с идеальными и реальными газами, в том числе и при наличии протекания в системах химических реакций. Рассматриваемые в данном курсе термодинамические системы моделируют условия работы ракетных и авиационных двигателей и их отдельных элементов. При этом наряду с методом круговых процессов, в работе широко используется метод термодинамических потенциалов (характеристических функций) для анализа протекающих в элементах двигателей термодинамических процессов и определения выходных параметров двигателей с использованием предлагаемых методов термодинамического расчета.
Данное учебное пособие представляет собой краткое изложение курса лекций, которые читаются в течение ряда лет в соответствии с утвержденной программой студентам факультета двигателей летательных аппаратов МАИ и призвано облегчить усвоение курса студентами. Пособие иллюстрировано расчетами и содержит справочный материал, необходимый для решения практических задач.
Книга может представить также интерес для специалистов, работающих в области авиации, космоса, ракетостроения и энергетики.
Оглавление
Введение…………………………………………………………………...…... 8
Глава 1 Основные понятия и определения термодинамики…………… 11
1.1. Формы движения материи, виды энергии, работа и теплообмен………………………………………………..…… 11
1.2. Термодинамическая система…………………………………… 12
1.3. Вещество. Фазы. Агрегатные состояния……………………… 13
1.4. Состояние термодинамической системы. Параметры и функции состояния……………………………………………………… 14
1.5. Термодинамические процессы и их классификация………... 17
Глава 2 Уравнения состояния вещества……………………………...… 19
2.1. Термические и калорические уравнения состояния………… 19
2.2. Термические уравнения состояния для идеального газа...…… 20
2.3. Термические уравнения состояния для реальных газов……... 20
Глава 3 Смеси веществ…………………………………………………… 24
3.1. Способы задания состава смеси. Закон Амага………………. 24
3.2. Соотношения для смесей идеальных газов. Закон Дальтона… 24
Глава 4 Теплоемкость………………………………………………...… 26
4.1. Виды теплоемкости…………………………………………..…. 26
4.2. Уравнение Майера…………………………………………….. 28
4.3 Теплоемкость химически реагирующей термодинамической системы………………………………………..………………… 29
Глава 5 Первый закон термодинамики………………………………… 31
5.1. Уравнение первого закона термодинамики для сложной открытой системы в общем виде……………………………..………….. 31
5.2. Уравнение 1-го закона термодинамики для проточной термодинамической системы…………………………………... 35
Глава 6 Второй закон термодинамики………………………………….. 39
6.1. Сущность второго закона термодинамики. Равновесные и неравновесные состояния, обратимые и необратимые процессы…………………………………………………………. 39
6.2. Математическое выражение 2-го закона термодинамики. Три составляющие изменения энтропии термодинамической системы…………………………………………………………. 41
6.3. Энтропия изолированной термодинамической системы……... 44
Глава 7 Объединенные выражения первого и второго законов термодинамики…………………………………………………. 46
7.1. Различные формы записи объединенных выражений………… 46
7.2. Характеристические функции и дифференциальные соотношения взаимности термодинамики……………………........................ .47
7.3. Максимальная и минимальная работы процесса. Термодинамические потенциалы……...……………………... 50
7.4. Условия равновесия термодинамической системы. Термодинамическое сродство………………………………….. 51
7.5. Связь между изобарной и изохорной теплоемкостями в общем виде………………………………………………………………. 54
7.6. Расчетные выражения для скорости звука в общем виде…….. 56
7.7 Максимальная и минимальная теплоты процесса………...… 58
Глава 8 Термохимия…………………………………………………….. 60
8.1. Формы записи уравнений химических реакций в общем виде……………………………………………………………... 60
8.2. Понятие пробега химической реакции………………………… 62
8.3. Изохорный и изобарный тепловые эффекты химических реакций и связь между ними…………………………………………….. 64
8.4. Зависимость тепловых эффектов химических реакций от температуры. Формула Кирхгофа…………………………… 68
Глава 9 Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Стандартное состояние вещества……………………………… 69
9.1. Система отсчета энтальпий. Формулы для расчета энтальпий. 69
9.2. Приведенная энергия Гиббса и связь ее с другими термодинамическими величинами ……………………………. 72
9.3. Представление термодинамических свойств индивидуальных веществ в справочной литературе…………………………… 74
9.4. Расчет свободной энергии Гиббса и энтропии веществ при давлении, отличном от давления при стандартных условиях 76
9.5. Расчет свободной энергии Гиббса для реальных газов и растворов. Летучести и активности…………………………… 79
9.6. Третий закон термодинамики………………………………… 81
Глава 10 Отдельная химическая реакция………………………………… 83
10.1. Химическое сродство. Направление протекания и условия равновесия химической реакции………………………………. 83
10.2. Выражения для предельных значений пробега химической реакции………………………………………………………… 86
10.3. Закон действующих масс. Уравнения для расчета константы равновесия в общем случае и для газообразных и конденсированных систем……………………………………… 87
10.4. Константы равновесия Кр, Кх, Кс и связь между ними ……… 90
10.5. Три способа расчета констант равновесия химической реакции………………………………………………………… 92
10.6. Зависимость константы равновесия от температуры. Уравнение изобары химической реакции. Аппроксимация константы равновесия по температуре……………………………………. 95
10.7. Производные констант равновесия Кх и Кс по температуре и давлению………………………………………………………… 98
10.8. Закон действующих масс для реальных газов и растворов… 100
10.9. Равновесие между конденсатом и паром. Закон Рауля……… 100
Глава 11 Методы расчета термодинамических свойств химически реагирующих систем…………………………………………… 104
11.1. Постановка задачи и порядок ее решения….............................. 104
11.2. Структура и список уравнений, входящих в систему уравнений химического равновесия……………………………………….. 105
11.3. Балансные уравнения для решения различных задач………… 106
11.4. Расчет давления, температуры и состава для систем с одной химической реакцией…………………………………………… 110
11.4.1. Графоаналитический метод решения СУХР для камеры сгорания ЖРД……………………………………………………………… 113
11.4.2. Расчет СУХР для заданного сечения сопла………………...…. 115
11.4.3. Задание состава топлива. Коэффициент избытка окислителя…116
11.4.4. Термодинамический расчет ракетного двигателя с учетом одной ХР графоаналитическим методом ..…………………………… 117
11.5. Решение СУХР для систем с одной химической реакцией
методом Ньютона……………………………………………… 140
11.6. Расчет производных от состава………………………………… 143
11.7. Расчет давления, температуры и состава для термодинамических систем с произвольным числом химических реакций……… 145
11.8. Расчет состава диссоциированного газа. Понятие о степени диссоциации газа……………………………………………… 151
11.9. Расчет состава ионизированного газа…………………………. 154
Глава 12 Термодинамические политропные процессы с идеальными газами……………………………………………………………. 156
12.1. Вывод уравнения политропного процесса в р-v координатах 156
12.2. Расчет теплоты, работы, изменений
внутренней энергии, энтальпии и энтропии.
Уравнение политропных процессов
в
Т-s
координатах………………………………………………. 159
12.3. Частные случаи политропных процессов (изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный)……………………………….. 162
12.4. Исследование политропных процессов……………………… 169
Глава 13 Тепловые машины и компрессоры……………………………. 171
13.1. Классификация тепловых машин. Циклы замкнутые и разомкнутые, прямые и обратные…………………………… 171
13.2. Термические коэффициенты, характеризующие работу тепловой машины. Термические коэффициенты машин, работающих по циклу Карно……….……………………………………………. 173
13.2.1. Тепловой двигатель………………………………………………174
13.2.2. Холодильная установка…………………………………………..175
13.2.3. Тепловой насос………….………………………………………...176
13.2.4. Регенеративные циклы………………………………………… 176
13.2.5. Необратимый цикл Карно ……………………………………… 177
13.3. Газовые циклы поршневых двигателей…………………………178
13.3.1. Цикл Отто…………………………………………………………178
13.3.2. Цикл Дизеля……………………………………………………….181
13.3.3. Цикл Тринклера …………………………………………………..183
13.4. Газовые циклы реактивных двигателей и газотурбинных установок………………………………………………………….185
13.4.1. Цикл Брайтона…………………………………………………….186
13.4.2. Цикл Гемфри………………………………………………………187
13.4.3. Цикл жидкостного ракетного двигателя………………………...189
13.5. Методы сравнения эффективности различных циклов……….. 190
13.6. Газовые поршневые компрессоры. Расчет работы сжатия. Характеристики одно- и многоступенчатых компрессоров. Потери на сжатие……………………………………………… 192
Глава 14 Термодинамика потоков жидкости и газа………………………197
14.1. Модель течения и основные допущения, уравнения энергии, Бернулли, неразрывности и состояния для одномерного стационарного потока…………………………………………. 197
14.2. Уравнение обращения воздействия. Сопла и диффузоры…….. 198
14.3. Параметры торможения…………………………………………..201
14.4. Расчет располагаемой работы, скорости истечения и расхода газа……………………………………………………………… 204
14.5. Особенности истечения газа через суживающиеся сопла…… 208