Задачи изучения термодинамических процессов

Задачи изучения термодинамических процессов [c.107]

ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ [c.129]

При изучении термодинамических процессов идеальных газов должны быть решены две основные задачи. [c.107]

В общем случае изменения состояния рабочего тела последнее вступает во взаимодействие с источниками тепловой и механической энергии системы, что определяет характер изменения параметров рабочего тела — давления, объема и температуры. В технической термодинамике изменение запаса энергии в тепловом источнике принято называть количеством подведенного или отведенного тепла, или внешним теплом, участвующим в процессе, а изменение запаса механической энергии в источнике выражать величиной работы при расширении или сжатии рабочего тела или внешней работой. Основные задачи исследования термодинамических процессов состоят из изучения закономерности изменения состояния рабочего тела и определения принципа распределения энергии в рассматриваемом процессе. Содержание исследования термодинамических процессов состоит из следующего [c.45]

Основными задачами исследования термодинамических процессов являются изучение основных закономерностей изменения состояния рабочего тела в процессе и определение закона распределения энергии в данном процессе. [c.75]

Применение в теплоэнергетических установках плазмы требует знания ее теплофизических свойств и изучения термодинамических процессов, происходящих в плазме. Следовательно, в области плазмы веред термодинамикой стоят задачи, требующие новых методов термодинамического исследования. [c.8]

Книга состоит из двух частей первая посвящена технической термодинамике, вторая—теплопередаче. В первой части рассматриваются основные понятия, первое и второе начала термодинамики, термодинамические процессы идеальных и реальных газов, циклы двигателей внутреннего сгорания, паротурбинных установок и компрессоров, процессы истечения газов. Во второй части освещены вопросы переноса теплоты теплопроводностью, конвекцией и излучением, метод подобия и основы теплового расчета теплообменников. При изложении материала авторы старались обращать особое внимание на физическую сущность изучаемых явлений, формировать у учащихся научное понимание основ теплотехники и прививать им практические навыки в решении задач прикладного характера. При этом авторы исходили из того, что изучение теоретических основ теплотехники должно предшествовать изучению специальных курсов, посвященных парогенераторам, паротурбинным установкам, автоматизации тепловых процессов, эксплуатации теплоэнергетических установок. [c.3]

При изучении нестационарных процессов в теплообменных аппаратах можно отказаться от рассмотрения сопутствующих (перекрестных) процессов. Это позволяет в термодинамическом уравнении движения (1-6) учитывать только прямые силы (1-7). Решение изолированных тепло- (или) массообменных задач значительно упрощается. [c.12]

Теория пневматических приводов машин начала развиваться сравнительно недавно, что объясняется сложностью процессов, протекающих в этих приводах. Динамический анализ, а тем более синтез, типового пневматического устройства — основного элемента пневматического привода — является трудной задачей, так как движение твердого тела (поршня, мембраны, сильфона) должно рассматриваться как следствие газо- и термодинамических процессов, характеризующих перемещение потоков воздуха. В свою очередь, эти процессы обусловливаются весьма разнообразными, сложными и недостаточно изученными явлениями. Исследуя эти явления, необходимо учитывать сжимаемость воздуха, а также неравномерность перемещения механических частей устройства под действием сил, изменяющихся в процессе движения рабочего органа сил трения, нагрузки, веса и т. д. [c.5]

Как уже отмечалось, для успешного решения задач, связанных с обеспечением получения стали заданного химического состава и высокопроизводительной работы сталеплавильных агрегатов, недостаточно иметь только термодинамические характеристики всех важнейших физико-химических процессов не меньшее значение имеют кинетические характеристики их. Вот почему в настоящее время важнейшей задачей теории сталеплавильных процессов является изучение их с позиций химической кинетики, в первую очередь выявление закономерностей изменения скоростей химических реакций. [c.54]

В настоящей, второй книге курса рассматриваются неравновесные системы многих частиц. Изучение таких систем является более сложной задачей. При решении этой задачи также возможны два различных подхода неравновесно-термодинамический и молекулярно-кинетический. Первый подход представляет собой обобщение термодинамики на неравновесные процессы, а второй— исходит из основного уравнения статистической физики — уравнения Лиувилля, частное решение которого уже использовалось в теории равновесных систем. [c.5]

Техническая термодинамика вместе с теорией теплопередачи являются теоретическими основами теплотехники, в частности основами для изучения тепловых двигателей, назначение которых —непрерывно превращать теплоту в работу. Поэтому основная задача технической термодинамики — изучение закономерностей превращения теплоты в работу и условий, при которых эти процессы совершаются наиболее элективно. Превращение теплоты в работу происходит с помощью упругого тела (газа или пара), называемого рабочим телом теплоэнергетической установки. Поэтому в курсе технической термодинамики изучаются также термодинамические свойства рабочих тел. [c.7]

Ранние исследовательские работы, проводившиеся в связи с применением подогрева питательной воды отработанным паром, не могли опираться на точные сведения о свойствах водяного пара, а также на сколь-нибудь широкий практический опыт применения регенеративных процессов. Скудные сведения о свойствах водяного пара объяснялись низкими параметрами пара (3—5 ата), применяемыми в то время. Отсутствие данных о термодинамических свойствах водяного пара не позволяло исчерпывающе анализировать регенеративный цикл. И. А. Вышнеградский, Цейнер, Ренкин и другие исследователи регенеративных циклов, упрощая задачу и рассматривая идеализированные схемы регенерации, пришли к правильным выводам для этих упрощенных схем. Ими была доказана возможность сохранения основных преимуществ цикла Ренкина — сжатие не в компрессоре, как это необходимо в цикле С. Карно для насыщенного пара, а в насосе. При этом путем введения регенеративного подогрева питательной воды оказалось возможным для идеальных циклов получить такую же величину к. п. д., как и для цикла С. Карно. Этот этап работы, продолжавшийся и в первой четверти XX в., характерен изучением регенеративного цикла с его качественной стороны, путем [c.44]

Существующие методики расчета атомных электростанций недостаточно полны, они не дают решения задач, подобных рассматриваемой, с приемлемой точностью, так как термодинамический расчет ведется обычно для идеальных процессов, а тепловыми, гидравлическими и прочими потерями либо пренебрегают, либо задаются и в дальнейшем их не уточняют. Подобный подход в какой-то мере может быть оправдан только для получения результатов по давно известным схемам с хорошо изученными рабочими телами в других случаях он может привести к неверным результатам. [c.94]

Ввиду отсутствия более строгого определения температуры до сих пор мы довольствовались произвольной температурой 0, которую можно зарегистрировать, например, с помощью ртутного термометра. Таким способом мы по меньшей мере можем установить, постоянна ли температура. В разд. 1.15.3, 6.5 и 8.9 отмечалось, что строгая количественная мера температуры системы будет определена как некоторая ее характеристика, называемая термодинамической температурой и обозначаемая буквой Г. Прежде чем мы сможем приступить к этой задаче, мы должны изучить поведение обратимых (а следовательно, гипотетических) циклических устройств, обменивающихся теплом с двумя тепловыми резервуарами. Для этого удобно вначале изучить поведение таких устройств, которые обмениваются теплом с одним тепловым резервуаром. Для краткости мы будем при этом говорить о процессах с одним резервуаром. Их изучение не только подготовит почву для введения понятия о термодинамической температуре, но и послужит отправной точкой для обсуждения чрезвычайно важной проблемы термодинамической доступности энергии, касающейся области термодинамики равновесных процессов. Подробно эта проблема будет изучена в последующих главах, в которых внешняя среда будет рассматриваться как аналог одного теплового резервуара, участвующего в работе нашего устройства, производящего или потребляющего работу. [c.129]

Изучение фазового состава, фазового равновесия и фазовых превращений является актуальной задачей, поскольку фазовый состав определяет физико-химические свойства этих систем. Часто важно бывает знать, возможно ли протекание какого-либо процесса и его конечный результат. Знание условий термодинамического равновесия позволяет предсказать какие изменения возможны в данной системе. [c.155]

В самом деле, при расчетах процессов добычи нефти существенную роль играет теория упругого режима фильтрации, в которой рассматриваются медленные фильтрационные течения в деформируемых глубинных пластах. К ней тесно примыкает теория движения газа по коллекторам газовых месторождений и подземных хранилищ. При исследовании термического состояния пористых пластов рассматривают общие закономерности межфазового теплообмена, термодинамических эффектов при движении по пласту жидкости и газа, а также задачи прогрева пласта и его теплоотдачи. Изучение процесса распространения сильных ударных волн в насыщенных жидкостью горных породах важно для применения взрывной техники в горном деле и строительстве. [c.3]

Среди разнообразных применений электронной спектроскопии конденсированных систем (решение структурных задач, качественный и количественный анализ многокомпонентных смесей, исследование химических равновесий [20—23]) особое значение в последние годы приобретает разработка методов, позволяющих получать сведения о свойствах электронно-колебательных состояний возбужденных молекул и о молекулярных процессах, протекающих в жидкостях за время 10 ° — 10 с. Такие данные необходимы при исследовании пространственного строения молекул в различных энергетических состояниях, степени деформируемости и направления смещения электронной плотности. Они позволяют решать весьма актуальные задачи, связанные с комплексообразованием, реакционной способностью и другими физическими и химическими свойствами молекул. Современная электронная спектроскопия используется и при изучении молекулярного строения растворов, исследование которых до недавнего времени проводилось с применением лишь термодинамических методов. [c.104]

Теперь мы достаточно подготовлены для термодинамического исследования задач, которые возникают при изучении процесса различных машин, использующих в качестве рабочего тела газ. В виде примера рассмотрим процесс компрессора. [c.110]

Первая из этих двух задач сводится к изучению состояния равновесия рассматриваемой системы и, следовательно, решается с помощью термодинамических методов. Вторая требует знания механизма процесса превращения веществ [c.17]

Для достаточно полного описания термодинамических свойств сплава необходимо располагать значениями по крайней мере трех термодинамических функций изобарно-изотермического потенциала, энтальпии и энтропии образования сплава при нескольких температурах и концентрациях компонентов. Знание этих величин, естественно, не избавляет от необходимости дополнительного изучения того или иного интересующего нас физико-химического свойства сплава, однако общая задача термодинамического исследования, заключающаяся в определении направления и условий равновесия, протекающих в системе процессов, может считаться в этом случае выполненной. [c.5]

Очевидно, что всегда < 1 существенной задачей термодинамического исследования является изучение способов возможного повышения т. е. повышения экономичности круговых процессов тепловых двигателей. [c.99]

В предыдущей главе, при изучении структуры фронта ударной волны в газе с замедленным возбуждением некоторых степеней свободы, мы уже имели возможность познакомиться с одной из простейших задач динамики неравновесного газа. Параметры за фронтом ударной волны в области, где устанавливается полное термодинамическое равновесие, не зависят от механизма и скоростей неравновесных процессов, однако кинетика этих процессов существенным образом сказывается на распределении гидродинамических величин в неравновесной области и ее ширине. Искажения газодинамических потоков, вносимые неравновесными процессами, связаны главным образом с изменениями теплоемкости и эффективного показателя адиабаты неравновесного газа, от которых зависит ход газодинамического процесса. Влияние показателя адиабаты на газодинамические решения можно видеть на примерах тех задач, которые были рассмотрены в гл. I. Так, при нестационарном истечении газа из трубы в пустоту скорость истечения ранее покоившегося газа равна [c.423]

Процессы за ударными волнами характеризуются тем, что часть кинетической энергии движущегося газа практически мгновенно переходит во внутреннюю энергию газа. В этих условиях, вообще говоря, нельзя не учитывать того факта, что термодинамическое равновесие достигается по истечении некоторого времени и только в условиях такого равновесия все макроскопически измеряем ые параметры (давление, плотность, темпе- ратура) становятся независимыми от временя.. Анализ этих явлений представляет собой более сложную задачу я i связан прежде всего с изучением механизма неравновесных процессов, со знанием, в частности, скоростей химических реакций в воз, духе. J [c.154]

В настоящее время как часть курса Термодинамика и статистическая физика он включен в учебные программы университетов. Наряду с этим он широко используется в ряде специальных дисциплин в теории переноса, механике сплошной среды, физике твердого тела, биофизике и других. Имеется уже обширная литература по термодинамике необратимых процессов, посвященная изложению ее феноменологических и статистических основ. Вместе с тем при изучении и активном овладевании термодинамикой необратимых процессов ее теоретическая схема лучше всего раскрывается в решениях конкретных термодинамических задач, когда наглядно проявляется одно из основных достоинств аппарата этого раздела теоретической физики — возможность изучения явлений в их взаимной связи. Поэтому настоящая книга была задумана с целью иллюстрации методов термодинамики необратимых процессов на основе тематически подобранных задач. Для этого в книгу включено более ста задач по общим и специальным вопросам линейной и нелинейной термодинамики необратимых процессов, а также по вопросам, охватывающим широкий круг явлений переноса энергии, массы и импульса в термодинамических системах, осложненных фазовыми превращениями, вязким и пластическим движением среды, диссипацией энергии в газах и плазме, релаксационными явлениями и химическими реакциями в магнитном поле. Книга содержит много оригинальных задач, возникших в связи с недавними исследованиями в различных областях физики. Большинство задач, и среди них задачи проблемного характера, даны с решениями, остальные приводятся с указаниями и ответами. К ряду задач даются комментарии, поясняющие историю и значимость соот- [c.4]

Поэтому для изучения процесса обессеривания металла основным шлаком необходимо получить аналитические зависимости, описываюш ие термодинамические свойства шлаковых систем. Это являлось нашей задачей, поскольку экспериментальными исследованиями невозможно охватить все многообразие реальных многокомпонентных расплавов. [c.61]

В настоящее время обозначился интерес к численному изучению процессов взаимодействия потоков разреженного газа с системами пластинок, составляющих каналы или периодические решетки [1-3]. При гиперзвуковом обтекании такие структуры моделируют, например, обтекание проволочных антенн космических аппаратов, а при малых дозвуковых скоростях - фильтрующие или адсорбирующие газ пористые поверхности. Базовым элементом таких расчетов служит задача об обтекании плоской тонкой пластины потоком разреженного газа, которая благодаря своей простоте была и остается до настоящего времени объектом многочисленных экспериментальных и теоретических исследований. В теории сплошной среды получены исчерпывающие результаты в данной области. Этого нельзя сказать о теории разреженного газа, применяемой при размерах пластин, сравнимых с длиной свободного пробега. Здесь одна из основных вычислительных трудностей связана с течениями при промежуточных числах Кп в диапазоне 0.1-0.001, когда состояние газа близко к термодинамически равновесному, но отличается от него. [c.159]

Диаграмма Ts для водяного пара. При изучении газов мы отмечали важность диаграммы Ts для исследования термодинамических процессов. Еще большее значение для исследования процессов и расчетов, связанных с водяным паром, приобретает в паротехнике диаграмма Ts и особенно диаграмма is, так как при пользовании ими значительно облегчается решение ряда задач. Диаграмма Ts для водяного пара строится на основании уравнений (156), (157) и (159). По оси абсцисс, как всегда, откладывается энтропия, а по оси ординат — абсолютные температуры. [c.133]

Теоретический интерес к изучению волновых процессов в газах привел к открытию в середине XIX в. ударных волн. Нарушение симметрии акустических волн большой амплитуды отмечалось еще Стоксом (1848), который занялся впервые и вопросом о скачках плотности в потоке (1851). Вплотную к уравнениям на скачках подошел С. Ирншоу , но первое математическое gQ обоснование возможности возникновения скачков в потоке принадлежит Б. Риману , который обнаружил существование двух семейств волн (инварианты Римана) и использовал условия сохранения массы и количества движения на скачке. Однако Риман допустил олибку, приняв для газа при прохождении ударной волны адиабатическую зависимость р(р), что повлекло нарушение условия сохранения энергии на скачке. Вполне строгий (хотя и не очень четко изложенный) термодинамический подход к из5П1ению ударных волн дан В. Ренкином который получил полное решение задачи о скачках. В его работе отсутствуют, впрочем, некоторые важные следствия, которые, по сути дела, вытекают из его рассуждений и уравнений. Так, например, он ссылается на устное указание В. Томсона о неустойчивости ударной волны разрежения и не замечает, что из наложенного им условия баланса тепла в ударной волне следует при помощи очевидных термодинамических соображений невозможность существования ударных волн разрежения — факт, окончательно установленный только в 1904—1905 гг< Г. Цем-пленом. [c.80]

Известно, какую большую роль в современной химии играют процессы полимеризации. Задачи получения новых полимерных веществ и улучшения свойств уже используемых полимерных материалов требуют глубокого и всестороннего изучения полимериза-ционных процессов. Одной из существенных характеристик в изучении термодинамического аспекта процесса синтеза полимера является энтальпия процесса полимеризации. Естественно поэтому, что в современной экспериментальной термохимии этому вопросу уделяется большое внимание. [c.100]

Последовательное рассмотрение процессов упругого деформирования и теплопроводности в их взаимосвязи возможно только на основе термодинамических соображений. Томсон (1855) впервые применил основные законы термодинамики для изучения свойств упругого тела. Ряд исследователей [Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшиц (1953) и др.] с помощью методов классической термодинамики получили связанные уравнения термоупругости. Однако в рамках классической термодинамики строгий анализ справедлив лишь для изотермического и адиабатического обратимых процессов деформирования. Реальный процесс деформирования, неразрывно связанный с необратимым процессом теплопроводности, является в общем случае также необратимым. Термодинамика необратимых процессов, разработанная в последние годы, позволила более строго поставить задачу о необратимом процессе деформирования и дать единую трактовку механических и тепловых процессов, нашедшую отражение в работах Био (1956), Чедвика (1960), Боли и Уэйнера (1960) и др. В связи с этим более четко определилась теория термоупругости, обобщающая классическую теорию упругости и теорию теплопроводности. Она охватывает следующие явления перенос тепла теплопроводностью в теле при стационарном и нестационарном теплообмене между ним и внешней средой термоупругие напряжения, вызванные градиентами температуры динамические эффекты при резко нестационарных процессах нагрева и, в частности, термоупругие колебания тонкостенных конструкций при тепловом ударе термомеханические эффекты, обусловленные взаимодействием полей де( юрмации и температуры. [c.6]

При изучении процесса установления равновесия в бинарной смеси одно-атомнйх газов обычно ограничиваются рассмотрением состояний, в которых функция распределения по скоростям в каждой из компонент считается локально максвелловской [1—4]. Влияние искажений максвелловских функций, вызванных обменом энергий между компонентами, на уравнения движения бинарной двухтемпературной смеси газов подробно исследовано в [5]. В частности, в [5] получен явный вид функции искажения для легкой компоненты. Остается, однако, открытым вопрос о виде функции искажения для тян елой компоненты. Кроме того, явный вид функций распределения (максвелловских + функций искажений) позволяет поставить вопрос о точности термодинамического описания бинарной двухтемпературной смеси одноатомных газов. Решению этих задач в простран-ственно-однородном случае и посвящается настоящая работа. [c.112]

При решении проблемы создания жаростойких покрытий еще в значительной мере преобладает эмпиризм, обусловленный недостатком термодинамических и кинетических данных для высоких и сверхвысоких температур. Нет достаточного количества диаграмм состояния металл (сплав)—покрытие — кислород, данных но термодинамическим активностям компонентов в сложных системах, давлению паров, диффузионным подвижностям компонентов в тройных, а также более сложных системах и т. д. Кроме того Сложность изучаемой системы подложка—покрытие — коррозионная среда, включающей большое число изменяющихся параметров, создает значителыные трудности для изучения механизма протекающих процессов. Этим отчасти можно объяснить тот факт, что-несмотря на важность задачи и значительные научно-техниче-ские силы, занятые ее решением, до сих нор не созданы покрытия, удовлетворяющие разнообразные запросы современной техники. К настоящему времени, например, разработаны покрытия на вольфраме, работающие лишь 20 час. при 1800° С, что же касается температур > 2000° С, то> срок службы покрытий здесь ошаничийается несколькими десятками минут [c.216]

Одна из основных задач технической терМ0ДИ1на1МИ-ки — изучение законов превращения теплоты в механическую работу. Поскольку процесс превращения тепловой энергии в механическую происходит в тепловых двигателях, термодинамический анализ происходящих процессов позволяет определить экономические показатели работы двигателей 1И обосновать инженерные методы расчета термодинамических циклов тепловых двигателей, увязав их с конструктивными характеристиками последних. [c.102]

Выполнимость универсального соотношения проверялась многими авторами. Ссылки на оригинальные работы можно найти в монографии [6]. Универсальное соотношение для спектров растворов сложных веществ, тщательно измеренных при комнатной температуре, практически всегда выполняется. При этом Тр=То. Аналогичные результаты получены также для полусложных молекул. Лишь для некоторых вязких и полярных растворов при комнатной температуре, а также ряда веществ при низких температурах значения Гр отличаются от температуры Го. Так, по данным работы [16], для глицериновых растворов замещенных фталимида Гр 550 610 К при Го = 293 К. В таких случаях универсальное соотношение можно использовать для изучения процессов, приводящих к нарушению термодинамического равновесия в растворах. В настоящее время имеется большое число исследований, посвященных применению универсального соотнощения для решения различных спектроскопических задач определения энергий и теплоемкостей возбужденных молекул, частот электронных переходов и других величин [13], а также для установления границ его применимости [17—19]. [c.45]

В любом процессе участвует множество различных тел принципиально говоря, процесс надо мыслить вообще ак неограниченный Б пространстве, так как все явления взаимно обусловлены и находятся в той или иной взаимной связи. Из всего множества тел, участвующих в процессе, при термодинамическом изучении в качестве объекта исследования выделяется (в соответствии с конкретной задачей исследования) та или иная группа тел, или единичное тело, или даже отдельные части тела. Область, выделенная в качестве объекта исследования, называется термодинамической системой (или для простоты — телохм). [c.23]

Основными задачами нашего исследования явятся вывод уравнения процесса, т. е. уравнения, устанав.чивающего зависимость между давлением рабочего тела и его удельным объемом [р = j (v)] определение тепла, изменения внутренней энергии и энтальпии, работы газа в процессе. Следует иметь в виду, что этим, конечно, не могут быть исчерпаны задачи, возникающие нри исследовании любого процесса. После изучения второго закона термодинамики, когда возможности решения многих термодинамических задач значительно расширяются, исследование этих простейших процессов будет продолжено. Ниже также будет показано, что любой из процессов, рассматриваемых в настоящей главе, является всего лишь частным случаем некоторого обобщающего процесса. [c.81]

Изучение сверхзвуковых потоков разреженных газов представляет интерес как для решения практических задач, связанных с полетами тел на больших высотах, так и для решения принципиальных вопросов аэродинамики разреженных газов. Экспериментальных работ в области сверхзвуковых течений разреженных газов опубликовано мало. Это объясняется в большой степени методическими трудностями. Большинство методов, успешно применяемых для исследования течений плотных газов, или не применимо в случае течений разреженных газов, или их применение требует сложных усовершенствований. Так обстоит дело с интерферометрическим методом, шлиренметодом, методами спектрального поглощения, а также методами поглощения рентгеновских и электронных пучков [1]. Их применимость ограничивается давлениями 1— 10 мм рт. ст. Поэтому метод визуализации, использующий свойства послесвечения, представляется наиболее перспективным для исследований течений разреженных газов. В основе метода лежит зависимость интенсивности послесвечения от термодинамического состояния газа. Применение метода ограничивается давлением, при котором уже невозможно организовать разряд, вызывающий длительное послесвечение. В зависимости от условий эксперимента, предельное давление может быть доведено до 8—6- 10 мм рт. ст. В статье [1] дается обзор работ, посвященных исследованию свойств послесвечения в азоте и воздухе и их применению в газодинамических исследованиях. Преимущество азота и воздуха по сравнению с другими газами состоит в том, что в них легко вызывается послесвечение большой длительности (1 —10 сек). Медленное затухание свечения позволяет работать на стационарных аэродинамических установках и получать картины обтекания тел регистрацией на фотопластинку. В таких газах, как Не, Аг, Ые, Нг и др., послесвечение длится в среднем 10 —10 сек. При таком быстром затухании приходится работать в области малых интенсивностей света, а это вызывает необходимость фотоэлектронной регистрации. Малая продолжительность послесвечения накладывает ограничение на скорость исследуемых процессов — они должны протекать за 10— 10 сек. Процесс сжатия газа в ударной волне отвечает этому требованию. Что касается более медленных процессов, то они будут регистрироваться с искажениями, вызванными наложением процесса высвечивания на исследуемый процесс. Возможность использования послесвечений небольшой длительности позволяет выбрать наиболее простой тип возбуждающего разряда. [c.138]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...