Основные газовые законы технической термодинамики.
Тема:/1ови т04/24/10ии - 72, Основы технической термодинамики.
План лекции
1. Понятие о технической термодинамике и термодинамических процессах.
2. Рабочее тело ДВС, его состав и параметры.
3. Основные газовые законы.
4. Понятия теоретического и действительного циклов ДВС и их отличия.
Содержание лекции
Понятие о технической термодинамике и термодинамических процессах.
Термодинамика - это наука, изучающая закономерности взаимного превращения тепловой, механической и других видов энергии.
Законы термодинамики вытекают из всеобщего закона сохранения энергии (энергия не уничтожается и не создается вновь, а может превращаться из одного вида в другой и передаваться от одного тела к другому при определенных условиях и в эквивалентных количествах)
Первый закон термодинамики выражает взаимное превращение тепловой и механической энергии (тепловая энергия может превращаться в механическую, а механическая в тепловую) и называется технической термодинамикой.
Техническая термодинамика рассматривает процессы взаимного превращения тепловой и механической энергии в тепловых машинах.
Термодинамическим процессом называется процесс изменения состояния рабочего тела, сопровождающийся изменением его состава и параметров.
Обратимыми называются такие процессы, при осуществлении которых в прямом и обратном направлениях все элементы термодинамической системы (рабочее тело, тепловой и механический аккумулятор) возвращаются в начальное состояние и количество энергии каждого из них будет равно начальному ее количеству.
|
|
|
Если при обратном процессе возвращение какого-либо элемента системы в начальное состояние не обеспечивается, то такой процесс называется необратимым.
Второй закон термодинамики устанавливает условия протекания процессов преобразования тепловой энергии в механическую:
- теплота только тогда может быть преобразована в работу, когда в системе тел имеется перепад температур.
- совершаемая работа зависит от уровня высокой и низкой температур тепловых аккумуляторов.
- полный переход теплоты в работу невозможен (из-за потерь теплоты при теплообмене).
Рабочее тело ДВС, его состав и параметры.
Преобразование одного вида энергии в другой осуществляется с помощью рабочего тела.
В ДВС рабочим телом является газовая смесь. Газообразное рабочее тело состоит из атмосферного воздуха, паров топлива и продуктов его сгорания.
Воздух содержит 21 % (по объему) кислорода О и 79 % азота и инертных газов. Кислород служит окислителем для топлива двигателей. Во время работы двигателя рабочее тело претерпевает физические и химические изменения. В зависимости от типа двигателя, в период впуска в цилиндр поступает либо воздух, либо горючая смесь, состоящая из газообразного или жидкого топлива и воздуха. Воздух или горючую смесь, поступающие в цилиндр и остающиеся в нем к моменту начала сжатия, называют свежим зарядом рабочего тела. В процессе сжатия в цилиндре находится смесь свежего заряда с остаточными газами, которая называется рабочей смесью. В процессе расширения и выпуска рабочим телом являются продукты сгорания топлива – отработавшие газы.
|
|
|
Таким образом, во время работы двигателя происходит преобразование химической энергии топлива, сжигаемого (окисляющегося) в цилиндре двигателя, в тепловую энергию, а затем в механическую работу. С помощью газообразного тела – продуктов сгорания жидкого или газообразного топлива создается давление в камере сгорания двигателя. Под действием давления газов поршень совершает возвратно-поступательное движение, которое преобразуется во вращательное движение коленчатого вала с помощью кривошипно-шатунного механизма ДВС и создается крутящий момент коленчатого вала двигателя.
К параметрам, характеризующим состояние газа относятся: температура Т, давление р и объем V. Изменение хотя бы одного из этих параметров означает изменение состояния газа.
|
|
|
Температура характеризует степень нагревания газа.
Температура может измеряться по шкале Цельсия t°С (стоградусная шкала от температуры плавления льда 0°С до температуры кипения воды 100°С) или по шкале Кельвина - T
В термодинамических расчетах применяется шкала Кельвина (шкала абсолютных температур, абсолютный ноль - условная температура, при которой полностью прекращается поступательное движение молекул). Абсолютный ноль находится ниже температуры плавления льда на 273°.
Т = t°С + 273°
Давление газа это сила, с которой молекулы газа действуют на единицу площади стенки сосуда, в котором они заключены.
За единицу измерения давления р в системе СИ принят Па (давление создаваемое силой один ньютон при действии на площадь, равную одному квадратному метру, Н/м2 )
Измерение давления в закрытых объемах осуществляется с помощью манометров и вакуумметров. Манометры измеряют избыточное давление, а вакуумметры -разрежение.
В термодинамических расчетах используется только абсолютное давление газа, которое отсчитывается от давления равного нулю. (Давление атмосферного воздуха определяется по ртутному барометру на уровне моря при температуре ртути 273К и равно 101,3 кПа)
|
|
|
Объем газа V представляет собой объем пространства, занимаемый массой газа.
Масса единичного объема вещества в объеме называется плотностью (кг/м3)
Основные газовые законы технической термодинамики.
Протекание процессов в рабочей полости сопровождается, в зависимости от такта, изменением давления, температуры, состава и массы рабочего тела.
Параметры состояния газа (температура Т, давление р и объем V) постоянно взаимосвязаны между собой и, в зависимости от условий протекания процессов, изменяются по определенным газовым законам.
1. Закон Бойля-Мариотта: при постоянной температуре объем данной массы газа обратно пропорционален его давлению. (при уменьшении объема давление возрастает, при увеличении объема давление снижается)
2. Закон Гей-Люссака: объем данной массы газа при постоянном давлении изменяется линейно в зависимости от температуры. (при увеличении температуры объем газа возрастает)
3. Закон Авогадро: в равных объемах различных газов при одинаковых давлениях и температуре содержится одинаковое количество молекул.
Уравнение, которые устанавливают зависимость между всеми параметрами газа называется уравнением состояния газа. (Уравнение Клапейрона)
pv = RT
где R -газовая постоянная
Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 22; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!