Ответ на вопрос № 8 Зависимость теплоемкости от температуры. Теплоемкость газовых смесей.
Внутренняя энергия реальных газов и их сжимаемость.
Между молекулами реальных газов действуют силы взаимного притяжения и силы отталкивания. При очень малых расстояниях преобладают силы отталкивания, а с увеличением расстояний начинают преобладать силы притяжения. Поэтому молекулы реального газа обладают внутренней потенциальной энергией. Внутренняя потенциальная энергия реальных газов зависит от среднего расстояния между молекулами, и в противоположность внутренней энергии реального газа, зависит также от удельного объема и давления. Внутренняя потенциальная энергия реальных газов может быть отрицательна, когда средние расстояния велики и преобладают силы притяжения и положительна с увеличением удельного объема.
Сжимаемость реальных газов – способность вещества изменять свой объем под действием всестороннего давления. Наличие у молекул реальных газов конечного по величине объема и сил притяжения между молекулами являются отличительными признаками реальных газов от идеальных, это влияние особенно четко сказывается на сжимании реального газа.
Основы теории пограничного слоя. Гидродинамический пограничный слой.
При движении без трения между отдельными слоями возникают нормальные силы (давление), а касательные силы (напряжение сдвига) – отсутствуют. “Прилипание” к стенкам, характерное для реальных жидкости или газа, значительно изменяет картину линий тока, вызывает, вследствие трения, торможение прилегающего к стенкам тонкого слоя жидкости. В этом слое скорость течения возрастает от нуля на стенке (условие прилипания) до своего полного значения во внешнем потоке. Этот слой называют пограничным слоем или слоем трения. Рассмотрим течение жидкости вдоль пластины. Толщина пограничного слоя увеличивается вдоль пластины по направлению к ее задней кромке.Внутри пограничного слоя касательное напряжение t=m(dVx/dy) весьма большое даже при малой вязкости, т.к. градиент скорости в направлении, перпендикулярном плоскости пластины, весьма велик. Вне пограничного слоя касательные напряжения очень малы. Поэтому выделяют две области: Область тонкого пограничного слоя вблизи стенки, в которой учитывают силы трения, и область вне пограничного слоя, в которой силами трения можно пренебречь, т.е. принять гипотезу идеальной жидкости.
|
|
|
Гидродинамический пограничный слойпри соприкосновении частиц жидкости с поверхностью тела они «прилипают» к ней. В результате в области около пластины вследствие действия сил вязкости образуется тонкий слой заторможенной жидкости, в пределах которого скорость изменяется от нуля на поверхности тела до скорости невозмущенного потока (вдали от тела).
|
|
|
41Предельные условия третьего рода. При этом задаются температура окружающей среды tрид и закон теплообмена между поверхностью тела и окружающей средой. Граничные условия третьего рода характеризуют закон теплообмена между поверхностью и окружающей средой в процессе охлаждения и нагревания тела. Для описания процесса теплообмена между поверхностью тела и средой используется закон Ньютона-Рихмана.
Процесс теплообмена между поверхностью тела и средой относится к очень сложных процессов и зависит от большого количества параметров. Подробно эти вопросы будут рассмотрены позже. Коэффициент теплоотдачи характеризует интенсивность теплообмена между поверхностью тела и окружающей средой. Численно он равен количеству теплоты, отдаваемой (или воспринимается) единицей поверхности в единицу времени при разности температур между поверхностью тела и окружающей средой в один градус.
Согласно закону сохранения энергии количество теплоты, отводимое с единицы поверхности в единицу времени вследствие теплоотдачи (2.20), должна равняться теплоте, которая подводится к единице поверхности в единицу времени вследствие теплопроводности из внутренних объемов тела.
|
|
|
Коэффициент теплоотдачи зависит от большого числа факторов. Однако во многих случаях коэффициент теплоотдачи можно считать неизменным, поэтому в дальнейшем при решении задач теплопроводности мы будем принимать величину а постоянной.
13 Второй Закон Термодинамикиустановлен эмпирическим путем. Впервые его сформулировал Клаузиус: "теплота сама собой переходит лишь от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой и не может самопроизвольно переходить в обратном направлении".
Другая формулировка: все самопроизвольные процессы в природе идут с увеличением энтропии. (Энтропия - мера хаотичности, неупорядоченности системы).
Рассмотрим систему из двух контактирующих тел с разными температурами. Тепло пойдет от тела с большей температурой к телу с меньшей, до тех пор, пока температуры обоих тел не выровняются. При этом от одного тела к другому будет передано определенное количество тепла dQ. Но энтропия при этом у первого тела уменьшится на меньшую величину, чем она увеличится у второго тела, которое принимает теплоту, так как, по-определению, dS=dQ/T (температура в знаменателе!). То есть, в результате этого самопроизвольного процесса энтропиясистемы из двух тел станет больше суммы энтропий этих тел до начала процесса. Иначе говоря, самопроизвольный процесс передачи тепла от тела с высокой Т к телу с более низкой Т привел к тому, что энтропия системы из этих двух тел увеличилась!
|
|
|
Заметим, что, рассматривая эту систему из двух тел, мы подразумевали, что внешнего теплопритока в нее или теплооттока из нее нет (для простоты, чтобы не пудрить себе мозги) - то есть, считали ее изолированной (или замкнутой). Отсюда еще одна формулировка Второго Закона Термодинамики: "При прохождении в изолированной системе самопроизвольных процессов энтропия системы возрастает". Или: "Энтропия изолированной системы стремится к максимуму" - так как самопроизвольные процессы передачи тепла всегда будут происходить, пока есть перепады температур.
А что будет, если наша система из двух тел будет неизолирована (незамкнута) и, допустим, в нее поступает тепло? Ясно, что ее энтропия будет увеличиваться еще больше, так как при получении телом тепла энтропия его увеличивается (dS=dQ/T).
Но для простоты формулировки этот момент обычно не упоминают и поэтому формулируют Второй Закон термодинамики именно для изолированных систем.
Ответ на вопрос № 8 Зависимость теплоемкости от температуры. Теплоемкость газовых смесей.
Удельная теплоемкость реальных газов в отличие от идеальных газов зависит от давления и температуры. Зависимостью удельной теплоемкости от давления в практических расчетах можно пренебречь. Но зависимость удельной теплоемкости от температуры необходимо учитывать, поскольку она очень существенна. Исследования показывают, что удельная теплоемкость реальных газов является сложной функцией температуры:
c = f(T).
Из этого следует, что в различных температурных интервалах для нагревания единицы количества газа на 1К требуется разное количество теплоты. Однако, если выбрать достаточно узкий температурный интервал, то для него можно принять удельную теплоемкость постоянной. Очевидно, что если этот температурный интервал стремится к нулю, удельная теплоемкость соответствует истинной удельной теплоемкости при данной температуре:
c = limΔq/ΔT при Т стремящемся к нулю, или c = dq/dT, откуда
dq = cdT.
Чтобы определить количество теплоты, необходимое для нагревания газа от T1 до T2, необходимо проинтегрировать полученную дифференциальную зависимость.
При практическом решении теплотехнических задач пользуются понятием средней удельной теплоемкости в заданном температурном интервале. Средняя удельная теплоемкость (cm) газа в некотором интервале температур – это количество теплоты, которое необходимо подвести к газу или отвести от него, чтобы изменить температуру на 1К в данном температурном интервале
Теплоемкость – теплофизическая характеристика, которая определяет способность тел отдавать или воспринимать теплоту, чтобы изменять температуру тела. Отношение количества теплоты, подведенной (или отведенной) в данном процессе, к изменению температуры называется теплоемкостью тела (системы тел):C=dQ/dT, где 
— элементарное количество теплоты; 
— элементарное изменение температуры.
Теплоемкость численно равна количеству теплоты, которое необходимо подвести к системе, чтобы при заданных условиях повысить ее температуру на 1 градус. Единицей теплоемкости будет Дж/К.
Под удельной массовой теплоемкостью ссм газовой смеси понимают количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг смеси на 1К. Очевидно, что это количество теплоты можно получить путем суммирования количества теплоты, необходимое для нагревания каждого компонента, входящего в состав смеси:
ссм = Σ cimi,
где:
ci – удельная массовая теплоемкость i-го компонента смеси;
mi - массовая доля этого компонента в смеси.
Аналогично можно определить удельную объемную теплоемкость газовой смеси – как сумму удельных объемных теплоемкостей ее компонентов. Удельная киломольная теплоемкость смеси газов определяется по формуле:
μсм ссм = Σ μiciri,
где: μi – молекулярная масса компонента смеси; ri – объемная доля компонента в составе смеси.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 1585; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!