Теоретические основы теплотехники - 30 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

к температуре Т
0
, тем меньшую долю тепла можно преобразовать в работу. При T = T
0
тепловая энергия
совсем не обладает запасом работоспособности, т.е. полностью деградирует.
Величину (1 – Т
0
/Т), которая показывает, какая доля тепла при температуре Т может быть транс-
формирована в работу в реальных условиях, называют коэффициентом качества теплоты. Анализ, в ко-
тором учитывается качество теплоты и потери работоспособности, называют эксергетическим анали-
зом. Результаты такого анализа всегда являются более точными и информативными, чем при обычном
энергетическом анализе. В монографиях [7] и [8] мы найдем подробное изложение методов эксергети-
ческого анализа для многих технических устройств. Для примера определим эксергетический коэффи-
циент эффективности холодильных машин
−ε=
−=ε
1
0
1
0
1
11
T
T
T
T
l
q
ex
ц
.
Поскольку Т
1
и Т
0
различаются незначительно, то 11
10
<
<
−
)/(abs TT и поэтому величина
ex
ε всегда меньше
1,0. Когда же мы не учитывали качества теплоты, то получали трудно воспринимаемый результат 1>
ε
.
1.3 ТЕРМОДИНАМИКА РЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ
1.3.1 Реальные газы
точки зрения молекулярно-кинетической теории, твердая, жидкая и газообразные фазы вещества от-
личаются, в основном, плотностью компоновки молекул, расстояниями между ними. Чем ближе мо-
лекулы друг к другу, тем плотнее вещество. К реальным газам относят любые конкретные газы (кисло-
род, водород и т.д.) или их смеси, которые находятся в таких состояниях, когда расстояния между моле-
кулами сравнительно малы и поэтому заметно проявляются силы межмолекулярного взаимодействия,
объем самих молекул соизмерим с объемом пространства, занимаемым этим газом.
Непрерывность газообразных и жидких состояний вещества опытным путем впервые была обнару-
жена Эндрюсом (1869 г.), который сжимал изотермически углекислый газ при разных его температурах.
Было установлено, что при достаточно высоких температурах Т, больших некоторой Т
кр
, сжижение газа
вообще невозможно (см. рис. 1.26, изотерма Т
1
) и чем выше Т, тем точнее состояния газа описываются
уравнением Клапейрона-Менделеева. При Т < Т
кр
в процессе изотермического сжатия сначала растут
давление и плотность газа, но при достижении некоторого давления (его называют давлением насыще-
ния p
н
) рост давления прекращается, возникают центры конденсации, в которых выделяется жидкость.
Возникает двухфазная смесь, по мере сжатия которой доля жидкости растет до тех пор, пока не завер-
шится полная конденсация газа (изотермы Т
2
и Т
3
на рис. 1.26). Интенсивность этих процессов умень-
шается с уменьшением температуры Т, но сами они протекают идентично.
Основную проблему составляет определение уравнения состояния реальных газов, ибо наличие
такого уравнения позволяет определять значения различных частных производных, необходимые при
расчете теплоемкостей, энтропии, энтальпии и других термодинамических характеристик. В общем
случае такое уравнение должно описывать состояния вещества в любой его фазе, однако обычно удов-
летворяются описанием жидкого и газообразного состояний.
Простейшим и исторически одним из первых таких уравнений является уравнение Ван-дер-Ваальса
(1873 г.), полученное автором аналитически на основании молекулярно-кинетической теории,
RTbvv/ap =−+ ))((
2
,
где a/v
2
– добавочное давление, возникающее из-за силового взаимодействия между молекулами; а и b –
некоторые константы, определяемые экспериментально для каждого конкретного газа, причем величина
b характеризует суммарный объем самих молекул. Относительно параметра v это уравнение является
полным кубическим уравнением и в зависимости от величины параметров р и Т может давать различ-
ные решения. Графически эти решения можно интерпретировать сеткой изотерм на р–v диаграмме, ко-
торые удовлетворительно соответствуют Эндрюсовским изотермам в области газа и жидкости.
Уравнение Ван-дер-Ваальса лишь в первом приближении описывает состояния реального газа и не
применимо для практических расчетов из-за недостаточной точности получаемых результатов. Поэтому
физиками предлагались все более сложные уравнения для этой цели, отличающиеся разной степенью
универсальности и числом определяемых экспериментально констант. В начале прошлого века была,
наконец, понята бесперспективность этого направления и предложено (а затем и стандартизирова-
но) уравнение состояния в виде
С

Страницы