Основные понятия и термины в термодинамики и теплотехники

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ  ТЕРМОДИНАМИКИ

И ТЕПЛОТЕХНИКИ

1. Техническая термодинамика

Термодинамика – наука о наиболее общих свойствах макроскопиче-

ских физических систем, находящихся  в состоянии термодинамического рав-

новесия, и о процессах перехода между этими состояниями.

Техническая термодинамика – раздел термодинамики, занимаю-

щийся приложениями законов термодинамики  в теплотехнике.

Тепловое движение — это беспорядочное (хаотическое) движение

микрочастиц (молекул, атомов и др.), из которых состоят все тела.

Передача энергии в результате макроскопического упорядоченного

движения микрочастиц называется работой.

Передача энергии в результате обмена хаотическим, ненаправ-

ленным движением микрочастиц  называется теплообменом, а количество пе-

редаваемой при этом энергии — количеством теплоты, теплотой процесса

или теплотой.

Термодинамической системой называется совокупность макро-

скопических тел, которые могут  взаимодействовать между собой  и с другими

телами, составляющими внешнюю  среду, в виде обмена энергией или веще-

ством.

Рабочее тело – газообразное, жидкое или плазменное вещество, с по-

мощью которого осуществляется преобразование какой-либо энергии при

получении механической работы, холода, теплоты.

Параметры состояния — физические величины, однозначно харак-

теризующие состояние термодинамической  системы и не зависящие от пре-

дыстории системы.

Давление — физическая величина, характеризующая интенсивность

нормальных сил, с которыми одно тело действует на поверхность другого.

Уравнение состояния — уравнение, выражающее связь между пара-

метрами равновесного состояния термодинамической  системы.

Равновесный процесс - процесс перехода термодинамической сис-

темы из одного равновесного состояния  в другое, столь медленный, что  все

промежуточные состояния можно рассматривать как равновесные.

Неравновесный процесс — процесс, включающий неравновесные

состояния.

Обратимым процессом называется такой  процесс, который может

происходить как в прямом, так  и в обратном направлении, причем при воз-

вращении в первоначальное состояние (при изменении внешних условий в

противоположной последовательности) система проходит все равновесные

состояния прямого процесса, но в  обратном порядке.

Необратимый процесс — процесс, который может самопроизвольно

протекать только в одном направлении. 5

Термодинамический цикл — круговой процесс, осуществляемый

термодинамической системой.

Парциальное давление — давление, которое имел бы газ, входящий

в состав газовой смеси, если бы он один занимал объем, равный объему

смеси при той же температуре.

Теплоемкостью называется количество теплоты, которое необходи-

мо подвести к телу, чтобы нагреть  его на 1 градус (10

Сили 1К).

Изохорный процесс – процесс, происходящий в физической системе

при постоянном объеме.

Изобарный процесс - процесс, происходящий в физической сис-

теме при постоянном внешнем  давлении. Изотермный процесс - процесс,

происходящий в физической системе  при постоянной температуре.

Адиабатный процесс совершается  в физической системе, не полу-

чающей теплоту извне и не отдающей ее, т. е. отсутствует теплообмен рабо-

чего тела с внешней средой.

Политропным процессом называется такой термодинамический

процесс изменения состояния физической системы, при котором в течение

всего процесса сохраняется постоянство  теплоемкости.

Термический КПД - отношение полезно  использованной в цикле те-

плоты (или полученной работы) ко всему  количеству теплоты, затраченной

на цикл.

Цикл Карно — обратимый круговой процесс, в котором совершается

наиболее полное превращение теплоты  в работу (или работы в теплоту).

Термодинамическая температурная  шкала основана на втором начале

термодинамики и определяется с  помощью никла Карно.

В цикле с необратимыми процессами энтропия изолированной сис-

темы увеличивается.

Эксергия или техническая работоспособность – максимальная рабо-

та, совершаемая рабочим телом, если в качестве холодного источника  тепло-

ты принимается внешняя среда  с температурой Т0.

Парообразование – процесс перехода вещества из конденсированной

фазы (жидкой или твердой) в газовую.

Теплота жидкости — количество теплоты, необходимое для подог-

рева 1 кг воды от температуры Т0 = 273 Кдо температуря Тн насыщения.

Теплота парообразования — количество теплоты, необходимое для

превращения 1 кг жидкости, нагретой до температуры кипения, в сухой на-

сыщенный пар при постоянном давлении (и постоянной температуре).

Теплота перегрева – количество теплоты, необходимое для превра-

щения 1 кг сухого насыщенного пара при постоянном давлении в перегретый

пар с температурой Тпе.

Свободная энергия – изохорно-изотермный термодинамический по-

тенциал или энергия Гельмгольца.

Влажный воздух— смесь сухого воздуха  с водяным паром. 6

Точка росы — температура, до которой  должен охлаждаться нена-

сыщенный влажный воздух, чтобы  содержащийся в нем перегретый пар стал

насыщенным.

Абсолютная влажность воздуха  — масса водяного пара, содер-

жащегося в 1 м

3

влажного воздуха.

Относительная влажность воздуха  — отношение абсолютной

влажности воздуха к максимально  возможной при данном давлении и  темпе-

ратуре, когда воздух насыщен водяным паром.

Располагаемая работа – приращение кинетической энергии газа при

движении по каналу, которое может  быть использовано в машинах и  пре-

вращено в другие виды энергии, а  также работа перемещения канала.

Сопло – канал, в котором происходит расширение газа с уменьшени-

ем и увеличением скорости его  движения.

Сопло Лаваля – комбинированное  сопло с суживающейся и расши-

ряющейся частями, применяемое  для получения скоростей газа больше ско-

рости звука.

Дросселирование — процесс понижения давления в потоке без со-

вершения внешней работы и без  подвода и отвода теплоты при

прохождении через местное гидравлическое сопротивление.

Эффект Джоуля — Томсона - изменение  температуры газа в ре-

зультате адиабатного дросселирования.

Температура инверсии – температура, соответствующая состоянию

газа, при котором температура  газа при адиабатном дросселировании  не из-

меняется.

Компрессор – машина для сжатия воздуха или газа до избыточного

давления не ниже 0,2 МПа.

Турбокомпрессор – центробежный или осевой л

Турбокомпрессор – центробежный или  осевой лопаточный компрес-

сор для сжатия и подачи воздуха  или газа.

Степень сжатия - отношение объемов  в цилиндре двигателя при по-

ложениях поршня в начале и конце  процесса сжатия.

Степень повышения давления — отношение наибольшего давления

в цилиндре двигателя, образовавшегося  в результате подвода теплоты, к  дав-

лению в конце процесса сжатия.

Степень предварительного расширения — отношение объемов в

конце и начале подвода теплоты  к рабочему телу при постоянном давлении.

Степень падения давления — отношение  давлений в начале и конце

отвода теплоты от рабочего тела к холодному источнику при  постоянном

объеме.

Степень сокращения объема — отношение  объемов в начале и кон-

це отвода теплоты от рабочего тела к холодному источнику при постоянном

давлении.

Регенерация – использование теплоты  отходящих газообразных про-

дуктов сгорания для подогрева  поступающего газообразного топлива, возду-

ха или их смеси. 7

Цикл Ренкина – идеальный  замкнутый процесс изменения состояния

рабочего тела в простейшей паросиловой  установке.

Бинарный цикл – термодинамический  цикл, осуществляемый двумя

рабочими телами.

Холодильный цикл – обратный круговой процесс, предназначенный

для передачи теплоты от тел менее  нагретых к телам более нагретым.

Холодильный коэффициент – отношение  количества теплоты q2,

отводимой в обратном цикле от охлаждаемой  системы, к затраченной работе

l

ц.

Абсорбционная холодильная установка  – установка, использующая

теплоту внешнего источника для  передачи теплоты от менее нагретого тела к

более нагретому телу. В таких  установках рабочим телом является раствор.

Термотрансформатор - устройство, позволяющее  обратимым путем

передавать теплоту от источника  с одной температурой к источнику  с другой

температурой.

2. Теплообмен

Теплообмен - самопроизвольный необратимый  процесс переноса те-

плоты в пространстве с неоднородным распределением температуры.

Теплопроводность - молекулярный перенос  теплоты в сплошной

среде, обусловленный наличием градиента  температуры.

Конвективный теплообмен — перенос  теплоты, обусловленный

перемещением макроскопических элементов  среды в пространстве, сопрово-

ждаемый теплопроводностью.

Теплоотдача - конвективный теплообмен между движущейся средой

и поверхностью ее раздела с другой средой (твердым телом, жидкостью или

газом).

Лучистый теплообмен - теплообмен, обусловленный превращением

внутренней энергии вещества в  энергию электромагнитных волн, распро-

странением их в пространстве и  поглощением энергии этих волн веществом.

Массообмен - самопроизвольный необратимый процесс переноса

массы данного компонента в пространстве с неоднородным полем концен-

трации (химического потенциала).

Температурное иоле — совокупность значений температуры во всех

точках тела (или пространства) в некоторый фиксированный момент време-

ни.

Градиент температуры — вектор, численно равный производной от

температуры по направлению нормали  к изотермной поверхности.

Тепловой поток - количество теплоты, переданное через произ-

вольную поверхность в единицу времени.

Коэффициент теплоотдачи характеризует  количество теплоты, пе-

реданное в единицу времени  через единицу площади поверхности  твердого

тела путем  конвекции при разности температур между поверхностью тела и

средой  в 1К. 8

Естественная (свободная) конвекция возникает под действием не-

однородного поля внешних массовых сил (сил гравитационного, инерцион-

ного, магнитного или электрического поля), приложенных  к частицамжид-

кости внутри системы.

Вынужденная конвекция возникает  под действием внешних по-

верхностных сил, приложенных на границах системы, или под действием од-

нородного поля массовых сил, действующих  вжидкости внутри системы.

Вынужденная конвекция может осуществляться также за счет запаса кинети-

ческой энергии, полученнойжидкостью  вне рассматриваемой системы.

Условия однозначности к системе  уравнений, описывающих явле-

ние теплоотдачи, состоят из геометрических, физических, граничных и на-

чальных условий.

Физическое подобие - соответствие между физическими процессами,

выражающееся в тождественности их безразмерных математических описа-

ний.

Константы подобия - отношения однородных физических величин

в сходственных точках модели и натурного  объекта. Критерии подобия -

безразмерные числа, составленные из размерных физических величин, опре-

деляющих рассматриваемые физические явления.

Определяющие критерии подобия - числа  подобия, составленные из

величин, заданных при математическом описании процесса.

Определяемые безразмерные комплексы  — числа подобия, со-

держащие определяемую величину.

Критериальные уравнения подобия  — функциональные зависи-

мости между критериями подобия, характеризующими явление.

Ламинарный режим течения –  режим движения жидкости, при ко-

тором возможны стационарные траектории ее частиц.

Термический начальный участок — участок трубы, на котором по-

ле температуры  зависит от условий на входе в  трубу.

Участок стабилизированного теплообмена — участок трубы, на

котором поле температуры практически не зависит  от распределения темпе-

ратуры  в начальном сечении обогреваемого участка.

Турбулентный  режим – режим движения жидкости с хаотически из-

меняющимися во времени траекториями частиц, при  котором в потоке воз-

никают  нерегулярные пульсации скорости, давления и температуры, нерав-

номерно распределенные в потоке.

Степень турбулентности – отношение средней квадратичной пуль-

саций составляющих вектора скорости в данной точке  к осредненной скоро-

сти невозмущенного потока.

Пузырьковый режим кипения – режим, при  котором пар образуется

в виде периодически зарождающихся  и растущих пузырьков.

Пленочный режим кипения – режим, при котором на поверхности

нагрева образуется сплошная пленка пара, периодически прорывающегося в

 

Первая критическая плотность  теплового потока — максимально

возможная (при данных условиях) плотность теплового потока при пузырь-

ковом кипении.

Пленочная конденсация — образование  сплошной пленки конден-

сата на смачиваемой поверхности.

Капельная конденсация - образование  капель конденсата на не-

смачиваемой поверхности.

Плотность потока излучения — количество энергии излучения,