МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИГосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования"КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"Кафедра процессов, машин и аппаратов химических производствТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИДЕАЛЬНЫХ ГАЗОВМетодические указания к лабораторной работе по дисциплине “Техническая термодинамика и теплотехника" для студентов специальностей 170500 "Машины и аппараты химических производств", 250100 "Химическая технология органических веществ", 250200 "Химическая технология неорганических веществ", 250400 "Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов", 250600 "Технология переработки пластических масс и эластомеров", по дисциплине "Теоретические основы теплотехники" для студентов специальности 100700 "Промышленная теплоэнергетика" всех форм обученияСоставители И.В. ДворовенкоА.Р. БогомоловРассмотрены и утвержденына заседании кафедрыПротокол № 3 от 27.11.03Рекомендованы к печати учебно-методической комиссией специальности 170500Протокол № 3 от 27.11.03Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУКемерово 20041. Цель и содержание работыЦелью настоящей работы является исследование термодинамических процессов идеальных газов на модели лабораторной установки, выпол­ненной на компьютере. Практическое изучение различных термодинамических процессов проводится с использованием простейшего и наглядного устройства – поршневого компрессора.Задачей исследования основных термодинамических процессов в виртуальном режиме является приобретение навыков использования теоретических основ теплотехники в практической деятельности будущего специалиста.При исследовании термодинамических процес­сов студенты выбирают рабочее вещество, устанавливают значения па­раметров состояния, которые не изменяются в ходе процесса, измеряют значения давления и температуры в различных точках процесса, угол поворота кривошипа. На основании результатов работы студенты рас­считывают значения параметров состояния (абсолютной температуры, абсолютного давления, удельного объема, внутренней энергии, энталь­пии, энтропии) в различных точках процесса, определяют работу рас­ширения газа и количество теплоты, участвующее в процессе, анализи­руют характер изменения параметров состояния идеального газа.

---

2. Теоретические положенияИдеальным газом называется газ, объем молекул которого пренебрежимо мал по сравнению с объемом газа и между молекулами отсутствуют силы взаимного притяжения и от­талкивания.Термодинамическим процессом называют любое изменение состояния термодинамической системы при переходе от одного равновесного состояния в другое в результате ее взаимодействия с окру­жающей средой. Переход термодинамической системы из началь­ного состояния в конечное может осуществляться различными спосо­бами. В соответствии с этим возможно бесконечное множество термодинамиче­ских процессов, среди которых выделяют четыре основных: изохорный, изобарный, изотермический, адиабатный. На практике в чистом виде эти процессы редко встречаются, однако во многих случаях при иссле­довании реальных теплотехнических устройств они представляют дос­таточно хорошее приближение.В термодинамическом процессе происходит обмен энергией ме­жду системой и окружающей средой, что приводит к нарушению рав­новесия между системой и окружающей средой и внутри системы. Неравновесность реальных процессов определяется тем, что они протекают с конечными скоростями и в термодинамической системе не успевают устанавливаться равновесные состояния. Та­ким образом, все реальные термодинамические процессы являются не­равновесными. Описание неравновесных процессов методами термоди­намики невозможно из-за сложного характера из­менений, происходящих в системе. В данной лабораторной работе изу­чаются равновесные термодинамические процессы идеаль­ного газа, т.е. предполагается, что в каждой точке объема термоди­намиче­ской системы зна­чения параметров состояния одинаковы. Каждое промежуточное состояние термодинамической системы в процессе описывается уравнением состояния и изображается точкой на диаграмме состояния. Совокупность таких точек образует линию про­цесса. Уравнение состояния термодинамической системы представ­ляет зависимость параметров (функций) состояния равновесной системы от независимых параметров состояния. Состояние идеального газа описывается уравнением, содержащим две независимые перемен­ные, и может быть представлено в виде уравнения Клапейрона–Менделеева, описывающего состояние идеального газа:

---

, (1)

где p – абсолютное давление газа, Па;  – удельный объем газа, м³/кг; R_ – универсальная газовая постоянная, R_ = 8314 Дж/(кмоль×К); R – удельная газовая постоянная, Дж/(кгК); Т – абсолют­ная температура газа, К;  – мольная масса газа, кг/кмоль.

Задачей исследования термодинамических процессов является определение зависимости между термодинамическими параметрами состояния, расчет значений параметров в начале и конце процесса или изменения параметров в процессе, определение работы, совершаемой рабочим телом в процессе, и количества тепла, участвующего в процессе.

Изменение удельной внутренней энергии идеального газа в любом термодинамическом процессе определяется по формуле

, Дж/кг, (2)

где T₁, T₂ – температура системы в начале и конце процесса, К; c_v – удельнаятеплоемкость в изохорном процессе, Дж/(кг×К).

Изменение энтальпии идеального газа в любом термодинамиче­ском процессе определяется по формуле

, Дж/кг, (3)

где c_p – удельнаятеплоемкость в изобарном процессе, Дж/(кг×К).

Значения мольных теплоемкостей идеального газа приведены в таблице

Атомность газа	cv, Дж/(моль×К)	cp, Дж/(моль×К)
Одноатомный	12,5	20,8
Двухатомный	20,8	29,1
Трех- и многоатомный	29,1	37,4

Изохорный процесс совершается в цилиндре при неподвижном поршне, если к газу подводится или отводится теплота, в изохорном процессе выполняется условие dv = 0, или v = const. Уравнение изохор­ного процесса (закон Шарля) может быть получено из уравнения со­стояния (1): .Удельная работа изменения объема газа равна нулю . (4)Располагаемую работу определяют по выражению

---

, Дж/кг. (5)Количество теплоты, участвующее в процессе при постоянной те­плоемкости, равно , Дж/кг. (6)Вся теплота в изохорном процессе идет на изменение внутренней энергии тела.Изменение энтропии , Дж/(кг×К). (7)В изобарном процессе выполняется условие dp = 0, или p = const. В таком процессе при перемещении поршня в цилиндре давление газа остается неизменным. Изобарный процесс идеального газа описывается законом Гей-Люссака: при постоянном давлении объем идеального газа изменяется прямо пропорционально его абсолютной температуре: .Удельная работа изменения объема равна , Дж/кг. (8)Располагаемая работа равна нулю . (9)Количество теплоты, участвующее в процессе при постоянной те­плоемкости, равно , Дж/кг. (10)Теплота в изобарном процессе идет на изменение энтальпии тела.Изменение энтропии , Дж/(кг×К). (11)В изотермическом процессе выполняется условие dТ = 0, или Т = const. Такой термодинамический процесс протекает в поршневой ма­шине, когда по мере подвода (отвода) теплоты к газу поршень переме­щается, увеличивая (уменьшая) объем настолько, что температура оста­ется постоянной. Согласно (2) и (3) изотермический процесс идеального газа является процессом при постоянных внутренней энергии и энтальпии. Для описания изотермического процесса идеального газа применяют закон Бойля–Мариотта: при постоянной температуре объем, занимаемый идеальным газом, изменяется обратно пропорцио­нально его давлению: .Удельная работа изменения объема газа равна , Дж/кг. (12)Располагаемую работу рассчитывают по уравнению

---

, Дж/кг. (13)В изотермическом процессе располагаемая работа равна работе изменения объема газа.Согласно первому закону термодинамики , (14)т.е. вся теплота, участвующая в изотермическом процессе, идет на со­вершение работы расширения газа. Изменение энтропии , Дж/(кг×К). (15)В адиабатном процессе изменение состояния газа происходит без теплообмена с окружающей средой, т.е. при условии dq = 0. Уравнение адиабатного процесса записывают в виде ,где – показатель адиабаты.Удельная работа изменения объема газа равна , Дж/кг. (16)Работа в адиабатном процессе совершается за счет уменьшения внутренней энергии газа.Располагаемая работа равна , Дж/кг. (17)В обратимом адиабатном процессе изменение энтропии равно нулю . (18)Всякий термодинамический процесс идеального газа, в котором теплоемкость не изменяется, называют политропным. Основные термодинамические процессы (изохорный, изобарный, изотермический, адиабатный) являются частными случаями политропного процесса, если они протекают с постоянной теплоемкостью. Теплоемкость политропного процесса с может принимать любые значения от – до +.Уравнение политропного процесса записывают в виде ,где – показатель политропы.Удельная работа изменения объема равна , Дж/кг. (19)Располагаемая работа равна , Дж/кг. (20)Количество теплоты, участвующее в процессе, равно

---

Смотрите также файлы

• Тестовое задание по дисциплине Основы правовых знаний (вариант 1) Суверенитет государства внутри страны выражается.docx

• Почему познание является для человека основной жизненной потребностью.docx

• Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов.rtf

• Валидизация русскоязычной версии опросника.pdf

• Киберпреступность в современном обществе по дисциплине.docx