Бу -кштілі ондырыны Ренкин циклы. 3 страница

32-33. ТЕРМОДИНАМИКАНЫ ЕКІНШІ ЗАЫНЫ МАЫЗЫ МЕН НЕГІЗГІ АЙТЫЛУЛАРЫ. ТУРА ЖНЕ КЕРІ АЙНАЛЫМДАР (ЦИКЛДЕР) ЖНІНДЕ ТСІНІКТЕМЕ.Егер термадинамиканы 1^ші –заы жылу Q жне механикалы жмыс L арасындаы зара байланыстарды (жылуды жмыса, жмысты жылуа айналуы, біра бл кезде згеру ешандай шартсыз болуы ммкін) арастырса, термодинамиканы екінші заы жылу жне термодинамикалы процестерді баытын сипаттайды жне жмысты жылуа айналуы ммкін деп шарт ояды. Термодинамиканы екінші заы бойынша ртрлі алымдарды айтан бірнеше тжырымдамалары бар (Ломоносовты, Карно, Клаузиус, Томсон жне де басалар). 1824 жылы Карно термодинамиканы екінші заыны маынасын былай деп тжырымдады. Жылу жмыса айналу шін, кем дегенде екі жылу кзі ажет, р трлі температураларда. 1850 жылы Клаузиус термодинамиканы екінші заына мынадай тжырым жасады: “Жылу суы заттан ысты зата здігінен те алмайды осымша энергия жмсалмай”,-деген. Осыан байланысты табиатта біріай здігінен жріп жатады, біра олар оршаан орта мен тедеусіз кйде кері жруі ммкін емес, осымша тем болмай. Термодинамиканы екінші заы жалпы трде “здігінен тетін былыстар айтымсыз” – деп тжырымдайды. Термодинамиканы екінші заыны е маызды тжырымдасы ол термиялы п..к.-ті бірге те жылу озалтышын жасау ммкін емес, басаша айтанда жылуды толы механикалы жмыса айландыратын мгілік озалтышты жасауа болмайды. Жылу машинасындаы жылудын жмыса айналу процесіні жетілдіру дрежесін термодинамиканы екінші заы бойынша анытауа болады. Жмысты цикл кезінде о айналымды жмыс болса, онда оны тура цикл деп немесе жылу озалтышыны циклы деп атайды, демек l_л > l_сы. (1,4-сурет). Саат тілі баатымен тетін PV- диаграммасында (1.4-сурет) тура айналымны (циклды) 1 а 2- процесі лаю жмысын (l_л), ал 2б1 процесі сыымдау жмысын (l_сы) крсетеді.Сонымен сыылу сызыы 2-б-1, лаю сызыыны 1-а-2 астында орналасады, бл жадайда циклдегі жмыс l_ц о болады.l_ц=l_л - l_сы > 0 1.4 – сурет. Цикл кезіндегі жмсалатын жмыс кері жрсе, кері айналым немесе тоазытыш машиналар циклы деп аталады, демек l_сж > l_расш, бл кезде сыылу процесіні (2- а-1) лаю процесіні (1-б-2) сызыынан жоары орналасады (1.5-сурет). Егер сыылу сызыы 2-а-1, лаю сызыыны жоары орналаса, онда циклдаы газды жмысы керсінше (теріс) болады. Термодинамикалы циклдарды тура жне кері циклдары болады. Тура циклда жылу озалтыштары жмыс істейді де, кері циклда тоназытыш машиналары жмыс істейді. Жылу озалтыштарында жылу жмыса ауысады. Бл кезде сырты (Т₁, q₁) жоары температура кзіне жылу беріледі жне тменгі температура кздерінен жылу алынады(Т₂ q₂). Практикада жылу озалтыштарында олданылатын жылуды ысты кзі ретінде отынды жауды химиялы реакциясын, ал жылуды салын кзі ретінде – оршаан ортаны айтуа болады. Энергияны саталу заына сйкес, жылу озалтышынан алынан циклдік жмысты l_ц > 0 жне оны маынасын тсіндіру шін жылу озалтышты термодинамикалы схемасын арастырайы (1.6-сурет) Іс жзінде барлы жылу двигательдеріндегі жылу кзі ретінде отынды жаанда жретін химиялы немесе ішкі ядролы реакциялар олданса, ал салын жылу кзі ретінде оршаан ортаны – атмосфераны олданады. Жмысшы дене ретінде газ не бу пайдаланылады. Тура циклдарды нтижелілік сиппатамасы болып термиялы пайдалы сер коэффициент (ПК) болып есептеледі. Циклде двигатель жасаан жмысты l_ц берілген жылу млшеріне атнасын циклды термиялы пайдалы сер коэффициенті деп _t атайды._t= (1.3.1). Тоазытыш машиналарындажылуды тасымалдау процесі тменгі температурадаы жылу кзден (T₂, q₂) жылулыты жоары температурадаы жылу кзге (T₁, q₁), тасымалдау арылы іске асады, себебі бл процесті іске асыру шін тоазытыш машинаа жмсалан жмыс сырттан беріледі. Сонда тменгі жылу кз q₂ млшердегі жылулыты береді, ал жоары жылу кз q₁= q₂+l_ц млшердегі жылулыты алады, сонымен тоазытыш машина жмысы l_ц<0. (1.7- сурет). Тоазытыш машинаны термодинамикалы схемасы. 1.7-сурет. Кері циклда жмыс l_ц жылуа q₁ ауысады немесе оны жетілдік дрежесі тоазытыш коэффициентімен аныталады. Тоазытыш коэффициент тоазытыш камерадан цикл бойынша алынан жылу млшеріні, осы циклда жмсалан жмыса атнасы арылы таблады.=

34.ЦИЛИНДРЛІ АБЫРА АРЫЛЫ ЖЫЛУ БЕРІЛІС.Бір абатты цилиндрлі абыра 2.4 – суретте бейнеленген, d₁ – цилиндді (бырды) ішкі диаметрі, м; d₂ – цилиндрді сырты диаметрі, м; l – цилиндрді узындаы, м; убырды абырасы біртегіс, оны жылу ткізгіштік коэффициенті -ге ге те, Т_с1 жне Т_с2 – цилиндр беттеріндегі сйытарды температуралары, К, абыра беттеріні температуралары Т₁ жне Т₂. Меншікті жылу аынын есептейтін формула тмендегідей = K_{l .} (2.4.11).

Мндаы K_l – сызыты жылу беріліс коэффициенті. (2.4.11) тедеуінен K_l табамыз.K_l . (2.4.12).K_l – ді кері шамасы жылу берілісіні жалпы сызыты термиялы кедергісі деп аталады жне ол жылу берілісіні сырты термиялы кедергілеріні осындысына жне жне абыраныны ішкі жылу ткізгіштік термиялы кедергісіне те , , R_l= (2.4.13), Кп абатты цилиндрлі абыралары (n – абатты) шінK_l

35. ТУРА ЖНЕ КЕРІ АЙТЫМДЫ КАРНО ЦИКЛДЕРІ, ОЛАРДЫ ЖЫЛУЛЫ (ТЕРМИЯЛЫ) П..К. МЕН ТОАЗЫТЫШ КОЭФФИЦИЕНТІ.Теориялы циклда Т₁ жне Т₂ температуралары аралыындаы термиялы п..к. е жоары болуы ммкін болатынын француз алымы Сади Карно 1824 ж. айтан болатын. Тура Карно циклы (1.8, а - сурет): екі изотермадан 1-2, 3-4 жне екі адиабаттан 2-3, 4-1 турады. 1.8, а суреттегі 1-2 сызыыны жолында траты температурада Т₁ жылу q₁ беріледі де, ал 3-4- жолында q₂ жылу абылдаыша жіберіледі. 1.8 а, б – сурет. Карно циклы: а) тура; б) кері . Карно циклі тура тіп ана оймайды, сонымен атар ол айтымды (кері) циклдеде теді.(1.8, б - сурет). Карноны кері циклі іске асыру шін, р трлі температурадаы екі жылу кзі ажет – жылу бергіш (q₂) жне жылу абылдаыш (q₁). Тура Карно цикліні термиялы п..к. =1-Т₂/Т₁ , ал Карноны кері циклдаы тоазытыш коэффициенті е=Т₂/Т₁-Т₂= . Тура Карно циклі жылу двигательдеріні кез келген циклдарын жетілдіруде баа беру шін олданалады. Карноны тура циклыны термиялы п..к.-ті жне кері цикліні тоазытышты коэффициентті заттарды асиетіне туелді емес, біра жылу беру жне жылу абылдауыштарды абсолюттік температураларына байланысты болады. Бл Карно теоремасыны негізгі маынасы. Тоазытыш жне жылыту техникалында кері циклдарынды салыстырмалы нтижелегіп анытау шін Карноны кері циклі лгі ретінде (эталон) олданылады.Сонымен Карно циклы – жылуды жмыса (немесе жмысты жылуа) толы айналдыратын айтымды айналмалы процесс.

 

36. САСТЫ ТЕОРИЯСЫ ЖНІНДЕ ТСІНІКТЕМЕ.ртрлді физикалы былыстарды зертттеуде екі трлі діс олданылады; теориялы жне тжірбиелі. Біра іс жзінде мселені нтежиелі шешуде осы дістерді бір-бірінен блек пайдалануа ммкін емес. Егер осы екі дісті нтежиелі жаын біріктірсе, онда ртрлі физикалы былыстарды зерттеуге арналан универсалды аппаратты алуа болады. Осындай екі дісті біріктіруде састы теориясы олданылады. састы теориясы – былыстар мен процесстерді зерртейтін ілім жне теориялы тжірбиелік іздеу дістеріні арасын біріктіруші буын. састы теориясы жылу алмасу процесінде, тжірбие ткізу жне тжірбие нтежиесін ортындылауда ылыми негіз болады.састы критерийлері (сандары).Мндай лшем шамалары комплексті, тратылыты састыы 1^ге-те састы критериясы деп аталады. Мысалы, (щ_е*d)/n_с шамасы - Рейнольдс саны, бл сйытыты озалу режімін сипаттайды. Сонымен састы критериясы лшемсіз сан, іздеп жатан физикалы былысты анытаушы физикалы лшемді шама.

ГИДРОДИНАМИКАЛЫ ЖНЕ ЖЫЛУЛЫ САСТЫ КРИТЕРИЙЛЕР (САНДАР), ОЛАРДЫ ФИЗИКАЛЫ МАЫЗДАРЫ.Гидродинамикалы жне жылулы былысты осындысы конвективті жылу беру процессін анытайды. Гидродинамикалы састы критерийлер негізгі жне туынды критерийлер деп блінеді. Негізгі критерийлер біріншіден Н_е – Ньютон, F_r –Фруда, E_и –Эйлер, R_e – Рейнольдс жне H_o – гидродинамикалы гомохрон. Туынды критерийлерде кбінесе мына сандарпайдаланады G_a - Галилей, A_r -Архимед жне G_r – Грасгоф. Негізгі критерийлерге жылу процесінде кбінесе жылу беру жне жылу ткізгіштік былыстарды талдаанда мына сандар жатады Nu – Нуссельт, F_o- Фурье, P_e – Пекле, B_i – Био, ал туынды сана P_r – Прандтль , S_t – Стентон жне басалар. Конвективті жылу алмасу негізінен трт састы санымен сипаттлады Nu, R_e , G_r , P_r .Нуссельт саны (1887-1957 жж): =Ьl/л,(2.2.3),Осындай (2.2.3) шаманы Нуссельт критерийсі деп атайды; Нуссельт саны абыра мен сйыты арасындаы жылу алмасу арынын сипаттайды. Нуссельт критерийесінде анытайтын шамаа кіреді. Мндаы – орта жылу беру коэффициенті, Вт/(м² К); l – геометриялы лшем, м; л– жылутасымалдаышты (сйыты) жылу ткізгіштігі, Вт/(м² К).Рейнольдс саны (сйытыты озалу режіміні критерийісі 1840-1912 жж);R_e = щ_с *l/v_с (2.2.4),Екпінді кшті (аын жылдамдыыны) ттырлы йкеліс кшіне атнасын жне сйыты озалысын анытайды. Мндаы щ_с – сйыты жылдамдыы, м/с х_с – сйыты кинематикалы ттырлы коэффициенті, м²/с,Прандтль саны (1875-1953жж) P_r= = ссг/л , (2.2.5)..йкелістегі жылу алмасуды ескереді жне сйыты физикалы параметрін сипаттайды. Мндаы б_с – сйытыты температура ткізгіштік коэфициенті м²/с; л – сйыты жылу ткізгіштік коэфициенті Вт/(м К); с – сйыты меншікті жылу сыйымдылыы, кДж/ (кг*К).Грасгоф саны: G_r =g*в (Т-Т_с)l³ /х² (2.2.6).Грасгоф саны еркін озалыс кезіндегі гидродинамикалы жадайды сипаттайды: Мндаы в =1/T_с - сйыты клемдік лаю коэффициенті.

37. ТЕРМОДИНАМИКАНЫ ЕКІНШІ ЗАЫНЫ АЙТЫМДЫ ЖНЕ АЙТЫМСЫЗ ПРОЦЕСТЕР ШІН АНАЛИТИКАЛЫ МНДЕРІ.Термиялы п..к. формуласынан мынаны табамыз dq/Т 0,(1.3.3) - тйы контурлы интгральдау те белгісі кері циклды белгісі, ал тесіздік тура циклды белгісі.(1.3.3) тендеуін 1854 ж. Клаузиус жазан, ол термодинамиканы екінші заын математикалы трде крсетеді, тура (тесіздік белгісі) жне кері (тедік белгісі) циклдарды, сонымен атар (1.3.3) тедеуді Клаузисты бірінші жне екінші интегралдары депте атайды.(1..3.3) тедеуінен, келтірілген жылуды dq/T алгебралы осындысы кез келген айтымды циклда (= белгі) болса нольге те, ал Карноны айтымсыз циклында (< белгі) шамасы теріс болады. dq/T мні газды тепе-те згеруінде, бл кейбір функция кйіні толы дифференциалы, себебі сол денені кйіне туелді болады. Бл функция 1 кг газ шін, S арылы белгіленіп, Дж/(кг*К) мен лшенеді жне оны энтропия деп атайды. (Энтропия терминін Р. Клаузиус 1865 ж. енгізген Онда, осы 1.3.3 тедеуінен мынаны аламызdS ,(1.3.4) мндаы ”=” белгісі айтымды процесті ал, “>” – белгісі айтымсыз процесті , S-энтропияны крсетеді. Сонымен атар (1.3.4) тедеуі, энтропия арылы жазылан термодинамиканы екінші заыны аналитикалы трі. Энтропия – кейбір кй функция мнін крсетеді жне денені кйіне байланысты оны бастапы жне соы кйінін згеруіне туелді екенін анытау шін олданылады. Ол денені абсолюттік температурасы Т-мен термиялы (жылу) энергиясы dq арасындаы жылулы байланысты крсетеді.Энтропияны болу жне су принципі – бл термодинамиканы екінші заыны физикалы маынасын береді. Энтропияы айтымды жне айтымсыз процестердегі згеруін арастырамыз:а ) Энтропияны айтымды процестегі згеруін ошауланан (адиабатты) жйеде (dq=0) арастырайы. Онда (1.3.4) тедеуі адиабатты жйеде айтымды процестер шін мына трде абылданады.dq=Т.dS=0, (1.3.5)немесе dS=0; S=constСонымен ошауланан адиабатты айтымды процестерде энтропия згермейді.б) Энтропияны айтымсыз процестегі згерін арастырамыз. Бл жадайда (1.3.4.) тедеу айтымсыз процестері шін мына трде абылданадыdS>0 немесе S₂-S₁>0, (1.3.6)демек энтропия седі. Сонымен энтропия айтымды процестерде ошауланан жйеде тураты болып алады да, ал айтымсыз процестерге седі. Шыныда барлы наты процестер айтымсыз, сондытан ошауланан жйелерде энтропия барлы уаытта кбейеді, олай болса айтымсыз (наты) процестер барлы уаытта энтропияны суіне байланысты теді. Сонымен ошауланан жйеде (dq=0) болуы, энтропияны су принципін немесе термодинамиканы екінші заыны жалпы трін крсетеді. Термодинамиканы екінші заыны физикалы мніде, осы энтропияны ошауланан жйеде су принципін белгілеу (анытау). Сонымен энтропияны згеруіне арай наты процесті андай баытта тетінін айтуа болады. Термодинамиканы екінші заыны маынасы бойынша барлы наты процестерде энтропия суі сзсіз.

38. ЖЫЛУ БЕРУ КОЭФФИЦИЕНТІ ЖНЕ ОНЫ РТРЛІ ФАКТОРЛАРА (ЖАДАЙЛАРА) ТУЕЛДІЛІГІ. Жылу беру коэфициенті б кптеген факторлара байланысты болады: сйыты озалыс тріне Х, физикалы параметрлеріне (л_с, с_с, С_с, м_с), сйыты жылдамдыына W_с жне температурасына Т_с, жылу беруші бетіні формасына, абыра бетіні температурасына Т, жне баса шамалара байланысты. Сйытыты озалысы екі режімге блінеді: ламинарлы жне турбуленттілік.

39,41. ИДЕАЛ ГАЗДАРДЫ НЕГІЗГІ ТЕРМОДИНАМИКАЛЫ ПРОЦЕСТЕРІ: ИЗОБАРАЛЫ, ИЗОХОРАЛЫ, ИЗОТЕРМИЯЛЫ, АДИАБАТТЫ ЖНЕ ОЛАРДЫ ЗЕРТТЕУ.Жылу техникасында е жетекші роль атаратын, ол процестер жне оларды есептеу дістері болып саналады. Термодинамикалы процестеді есептеу – бл процесті барлы бастапы жне соы параметрлерін, жне жылуды жне жмысты анытау, сонымен атар процестерді термодинамикалы диаграммада крсету (мысалы, Р V жне Т, S – диаграммаларда.) Термодинамиканы бірінші заы жылу млшерлеріні, газды сырты жмысыны жне ішкі энергияларыны згерулеріні арасындаы байланысты анытайды, сондаы денеге берілген немесе одан алынан жылу млшерлеріні жне термодинамикалы процестерді трлеріне байланысты. Теориялы жне олданбалы маынадаы негізгі прцестерге мыналар жатады: изохоралы, траты клемде тетін; изобарлы, траты ысымда тетін; изотермалы, траты температурада тетін; адиабатты, оршаан ортамен жылу алмаспайтын жне политроптыпроцесс мына тедікпен аныталатын PVⁿ=const. Бл процесс белгілі бір жадайдаы негізгі процестерді жинатаушы болады жне процестегі жылу сыйымдылы тратылыын сипаттайды. Барлы термодинамикалы процестерді зерттеу шін, мына жалпы діс олданылады:1.процестегі жмысты денені бастапы жне соы параметрлеріні арасындаы байланысты анытап, сол процестін тедеуін жазу;2.газ клеміні згеруіндегі жмысты есептеу;3.процесте газа берілген (немесе шыан) жылу млшерін анытау;4.процестегі жйені энтропиясыны жне энтальпияны згеруін анытау.5.процестегі жйені ішкі энергиясыны згеруін анытау.1.4.1 Изахоралы процессИзохоралы процесс траты клемде (V=idem) теді (1.9-сурет) 1.9-сурет Идеал газ кйі тедеуінен PV=RT, V=idem, боланда мына тедеуді (Шарль заынан) аламыз = (1.4.1.).Изохоралы процесте газ клемі згермейді V₂=V₁, жмыс l= p dV, егер газ клемі згермесе жмыс нольге те l=0, ал жылу термодинамиканы бірінші заымен былай аныталады, q=U+l, немесе q=U=U₂-U₁= C_vdT=C_v(T₂-T₁).(1.4.2). згеріп отыратын жылу сыйымдылыы боланда q= (t₂-t₁)= t₂- t₁ ,(1.4.3) мндаы - t_1, ден t₂ дейінгі температура аралыындаы орта массалы изохоралы жылусыйымдылыы. Себебі l=0-ге те боланда, термодинамиканы бірінші заы бойынша U=q жне тураты клемде: U=C_v(T₂-T₁); C_v= idem боланда U= (t₂-t₁);C_v=var боланда (1.4.4)Барлы идеал газдарды процестеріндегі энтальпияны згеруін мына формуламен анытайды:h=h₂-h₁=C_p(Т₂-Т₁), С_р=idem боланда h= (t₂-t₁), C_р=var боланда (1.4.5).1.4.2.Изобарлы процесс.Идеал газды кй тедеуінен PV=RT бдан P=idem, осыдан мынаны табамыз V/T=R/P=idem, немесе газды клемі оны абсолюттік температурасына тікелей пропорционал болады (Гей-Люссак заы ) = (1.4.6) 1.10-сурет.Изобарлы процесті жмысы l= pdV=P(V₂-V₁)=R(T₂-T₁) 1.4.7).Газды ыздыруа келтірілген (немесе ол салындаанда алынатын) жылуы млшелерін термодинамиканы бірінші заынан анытауа болады dq=dh-VdP=idem q=h₂-h₁=h= dT= (t₂-t₁). (1.4.8)Мндаы - t₁-ден t₂-ге дейінгі температуралар аралыындаы орта массалы изобарлы жылу сыйымдылы, мнда C_p=idem q=C_p(t₂- t₁)=h(1.4.9).1.4.3 Изотермиялы процесс Бл процесте температура тураты, соны шін PV=RT=const, немесе = .(1.4.10)Яни газды ысымы оны клеміне кері пропорционал болады, сондытан газ изотермиялы ысыланда ысымы лкейді, ал газ изотермиялы лайса, ысымы кішірейеді (Бойль-Мариотт заы)(1.4.10) – байланысты, бл процесті графигі Р, V – координаттарында те бйірлі гипербола болады. (1.11-сурет) 1.11-суретПроцесті жмысы l= РdV= RTdV/V=RTln(V₂/V₁)= RTln( ); (1.4.11)Температура згермеуеіне байланысты иделды газды ішкі энергиясы бл процесте траты болады U=0 жне h=0, сондытан барлы газа келтірілген жылулы толы жмыса айналады:q=1.(1.4.12) G_т=dq/dт – жылу сыйымдылы формуласы крсететіндей, изотермиялы процесте газды жылусыйымдылыы те.1.4.4 Адиабаталы процесс.Бл процесс жргізілгенде оршаан ортамен жылу алмасу болмайды, осыан байланысты q=0Адиабаталы процесс шін термодинамиканы бірінші заы мынадай трде жазыладыPV^к=idem, (1.4.13) мндаы к=С_р/С_V – адиабаталы крсеткіш. Адиабатылы процесті графигі (1.12-суретте) крсетілген.Адиабата крсеткіші к >1 боландытан адиабата изотермаа араанда ламалау келеді, йткені адиабаталы лайлананда газды температурасыны тмендеуіне байланысты изотермалы процеске араанда ысым жылдамыра тмендейді. 1.12-сурет(1.4.13) тедеуінен мынаны табамыз: Р₁/Р₂ =(V₂/V₁)^к немесеV₂/V₁=(Р₁/Р₂)^1/к (1.4.14)(1.4.13) тедеуі V, P координатындаы адиабатты идеалды газды тедеуі С_v=idem жне Ср= idem боланда.PV=RT кй тедеуіне сйкес, адибатты процестегі тепмператураны клемен немесе ысыммен байланысын крсететін тедеулерін табамыз: ТV^к-1=const, (1.4.15) немесе Т₁/Т₂=(V₂/V₁)^к-1 немесе(V₂/V₁)^1/к-1 (1.4.16)Т₁/Т₂=(Р₁/Р₂)^к-1/к =(V₂/V₁)^к-1 (1.4.17) Бір атомды газ шін к=1.66, екі атомды газ шін к=1.4, ал ш жне кп атомды газдар шін к=1.33. Термодинамиканы бірінші заы бойынша адиабатты процестегі лаю жмысы ішкі энергияны азаюымен жреді жне де тмендегі тедеулерді біреуімен аныталады:l= -U=C_V(Т₂-Т₁)= (Т₁-Т₂)= (Р₁V₁-P₂V₂)= (1- ) = [1-( )^k-1]= (1- )= [1-( ) ](1.4.18) Бл процесте газды оршаан ортамен жылу алмасуы згермейді, сондытан q=0, онда С=dq/dТ тедеуінде, адиабатты процесті жылусыйымдылыы нольге те болады.(Сq=0).