Контрольная работа по Теплотехнике Вариант 7 Группа ТППб-1001

Контрольная работа по Теплотехнике Вариант 7 Группа: ТППб-1001 Выполнила: Аверьянова Е. А.

1. Внутренняя энергия

Внутренняя энергия тела энергия (обозначается как E или U) — это сумма энергий молекулярных взаимодействий и тепловых движений молекулы. Внутренняя энергия является однозначной функцией состояния системы.

Это означает, что всякий раз, когда система оказывается в данном состоянии, её внутренняя энергия принимает присущее этому состоянию значение, независимо от предыстории системы. Следовательно, изменение внутренней энергии при переходе из одного состояния в другое будет всегда равно разности между ее значениями в конечном и начальном состояниях, независимо от пути, по которому совершался переход.

Внутреннюю энергию тела нельзя измерить напрямую. Можно определить только изменение внутренней энергии: — подведённая к телу теплота, измеренная в джоулях [1] — работа, совершаемая телом против внешних сил, измеренная в джоулях Эта формула является математическим выражением первого начала термодинамики

Внутренняя энергия атома, наглядно

Для квазистатических процессов выполняется следующее соотношение: — температура, измеренная в кельвинах — энтропия, измеренная в джоулях/кельвин — давление, измеренное в паскалях — химический потенциал — количество частиц в системе

2. Основные законы идеальных газов

Идеальный газ – это модель разреженного газа, в которой пренебрегается взаимодействием между молекулами

Закон Авогадро При одинаковых давлениях и одинаковых температурах, в равных объёмах различных идеальных газов содержится одинаковое число молекул. В одном моле различных веществ содержится NA=6, 02∙ 1023 молекул (число Авогадро).

Закон Дальтона Давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений Р, входящих в неё газов: При , давление смеси газов:

Объединённый газовый закон (Закон Клапейрона) В соответствии с законами: Бойля – Мариотта Гей-Люссака можно сделать заключение, что для данной массы газа

Изопроцессы идеального газа – процессы, при которых один из параметров остаётся неизменным.

Изохорический процесс. Закон Шарля. V = const. Изохорическим процессом называется процесс, протекающий при постоянном объёме V. Поведение газа при этом изохорическом процессе подчиняется закону Шарля: При постоянном объёме и неизменных значениях массы газа и его молярной массы, отношение давления газа к его абсолютной температуре остаётся постоянным: P/Т = const.

График изохорического процесса на РV-диаграмме называется изохорой. Уравнение изохоры:

Изобарический процесс. Закон Гей-Люссака. Р = const. Изобарическим процессом называется процесс, протекающий при постоянном давлении Р. Поведение газа при изобарическом процессе подчиняется закону Гей-Люссака: При постоянном давлении и неизменных значениях массы и газа и его молярной массы, отношение объёма газа к его абсолютной температуре остаётся постоянным: V/T = const.

График изобарического процесса на VT-диаграмме называется изобарой. Уравнение изобары:

Изотермический процесс. Закон Бойля – Мариотта. T = const. При постоянной температуре и неизменных значениях массы газа и его молярной массы, произведение объёма газа на его давление остаётся постоянным: PV = const.

График изотермического процесса на РV-диаграмме называется изотермой. Уравнение изотермы:

3. Исследование Цикла ДВС с изобарным подводом тепла, его КПД

Цикл Дизеля Состоит из двух адиабат, изобары и изохоры и является образцом для двигателей тяжелого топлива, которые называются компрессорными дизелями и в которых горючее распыляется воздухом, подаваемым в цилиндр специальным компрессором. Изза больших габаритов и веса компрессорные дизели применяются только на судах и в качестве стационарных установок электростанций. В этих двигателях сначала сжимается по адиабате 1— 2 чистый воздух, в результате чего температура повышается до требуемой температуры самовоспламенения топлива. Затем в изобарном процессе 2— 3 происходит впрыск и горение топлива (подвод теплоты q 1). Далее происходит адиабатное расширение 3— 4 и изохорный выхлоп 4— 1 (отвод теплоты q 2).

Характеристиками этого цикла являются: степень сжатия и степень предварительного расширения . Можно показать, что термический к. п. д. цикла видно, что ηt возрастает с увеличением степени сжатия и с уменьшением степени предварительного расширения. Степень сжатия в дизелях определяется достижимой прочностью и составляет 14÷ 16. Если сравнивать цикл Отто с циклом Дизеля, то обнаружится, что термический к. п. д. цикла Отто выше, чем цикла Дизеля при одинаковых степенях сжатия и количествах подводимого тепла. Но если эти циклы сравнивать при одинаковых максимальных давлениях и температурах, то термический к. п. д. цикла Дизеля окажется выше термического к. п. д. цикла Отто. Обычно и ε и p у дизелей выше, чем у карбюраторных д. в. с. Поэтому удельный расход топлива (г/к. Вт) у дизелей меньше, чем у карбюраторных д. в.

4. Основной закон теплового излучения

Тепловое излучение — передача энергии от одних тел к другим в виде электромагнитных волн за счёт их тепловой энергии.

Основной закон теплового излучения Планка Интенсивности излучения абсолютно черного тела Isl и любого реального тела Il зависят от температуры и длины волны. Абсолютно черное тело при данной температуре испускает лучи всех длин волн от l = 0 до l = ¥. Если каким-либо образом отделить лучи с разными длинами волн друг от друга и измерить энергию каждого луча, то окажется, что распределение энергии вдоль спектра различно.

По мере увеличения длины волны энергия лучей возрастает, при некоторой длине волны достигает максимума, затем убывает. Кроме того, для луча одной и той же длины волны энергия его увеличивается с возрастанием температу ры тела, испускающего лучи (рис. 11. 1).

Планк установил следующий закон изменения интенсивности излучения абсолютно черного тела в зависимости от температуры и длины волны: Isl = с1 l-5 / (ес/(l. Т) – 1) где е - основание натуральных логарифмов; с1 = 3, 74*10 -16 Вт/м 2; с2 = 1, 44*10 -2 м*град; l - длина волны, м; Т - температура излучающего тела, К. Из рис. 11. 1 видно, что для любой температуры интенсивность излучения Isl возрастает от нуля (при l=0) до своего наибольшего значения, а затем убывает до нуля (при l=¥). При повышении температуры интенсивность излучения для каждой длины волны возрастает.

4. Теплопроводность через цилиндрическую стенку

Стационарная теплопроводность через цилиндрическую стенку. 1. Однородная цилиндрическая стенка. Рассмотрим однородный однослойный цилиндр длиной l, внутренним диаметром d 1 и внешним диаметром d 2. Температуры поверхностей стенки –tст1 и tст2. Уравнение теплопроводности по закону Фурье в цилиндрических координатах: Q = - λ∙ 2∙π∙r ∙l∙ ∂t / ∂r или Q = 2∙π∙λ∙l∙Δt/ln(d 2/d 1), где: Δt = tст1 – tст2 – температурный напор; λ – коэффициент теплопроводности стенки. Для цилиндрических поверхностей вводят понятия тепловой поток единицы длины цилиндрической поверхности (линейная плотность теплового потока), для которой расчетные формулы будут: ql = Q/l =2∙π∙λ∙Δt /ln(d 2/d 1), [Вт/м]. Температура тела внутри стенки с координатой dх: tx = tст1 – (tст1 – tст2) ∙ln(dx/d 1) / ln(d 2/d 1).

2) Многослойная цилиндрическая стенка. Допустим цилиндрическая стенка состоит из трех плотно прилегающих слоев Температура внутренней поверхности стенки –tст1, температура наружной поверхности стенки –tст2, коэффициенты теплопроводности слоев -λ 1, λ 2, λ 3, диаметры слоев d 1, d 2, d 3, d 4. Тепловые потоки для слоев будут: 1 -й слой Q = 2∙π∙ λ 1∙l∙(tст1 – tсл 1)/ ln(d 2/d 1), 2 -й слой Q = 2∙π∙λ 2∙l∙(tсл 1 – tсл 2)/ ln(d 3/d 2), 3 -й слой Q = 2∙π∙λ 3∙l∙(tсл 2 – tст2)/ ln(d 4/d 3), Решая полученные уравнения, получаем для теплового потока через многослойную стенку: Q = 2∙π∙l∙(tст1 – tст2) / [ln(d 2/d 1)/λ 1 + ln(d 3/d 2)/λ 2 + ln(d 4/d 3)/λ 3]. Для линейной плотности теплового потока имеем: ql = Q/l = 2∙π∙ (t 1 – t 2) / [ln(d 2/d 1)/λ 1 + ln(d 3/d 2)/λ 2 + ln(d 4/d 3)/λ 3]. Температуру между слоями находим из следующих уравнений: tсл 1 = tст1 – ql∙ln(d 2/d 1) / 2∙π∙λ 1. tсл 2 = tсл 1 – ql∙ln(d 3/d 2) / 2∙π∙λ 2.

Спасибо за внимание!