Termodinamikos egzamino konspektas

1. Techninė termodinamika 1.1. Techninės termodinamikos dalykas ir pagrindines sąyokos: darbo kūnas, termodinamine sistema, termodinaminė būsena. Darbo kūno parametrai. Termodinaminis procesas. Darbo kūnas- elementas kuris yra veikiamas šilumos ar šalčio (dujos, skysčiai ir pan) Techninė termodinamika nagrinėja šilumos pavertimo darbu ir darbo pavertimu šiluma procesus. Tokie procesai vyksta šiluminuose varikliuose ir šaldymo mašinose, todėl techninė termodinamika yra šiluminės ir šaldymo technikos teorinis pagrindas.Gali būti vartojami bet kurios agregatinės būsenos darbo kūnai, bet tinkamiausi dujiniai, nes jie įšyla ir atvėsta, suslegiami ir išsiplečia labai greitai (Dujos arba garas). Darbo kūnas, šilumos šaltiniai ir darbo objektas sudaro termodinaminę sistemą. Termodinaminę sistema su aplinka gali keistis energija bei medžiaga, vadinama atvirąja, jei nesikeičia – uždaroji. Jei nevyksta aplinkos manai tai vadinama termiškai izoliuota arba adiabatine. Darbo kūno termodinaminių parametrų visuma vadinama termodinamine būsena. Darbo kūnų yra kaloriniai ir pagrindiniai parametrai. Pagrindiniai – specifinis tūris, slėgis, temperatūra. Kaloriniai – vidinė energija, entalpija, entropija. Bet koks darbo kūno termodinaminių parametrų kitimas vadinamas termodinaminiu procesu. 1.2. Idealių dujų dėsniai, idealių dujų būsenos lygtis. Idealių dujų mišiniai, dujų mišinio konstanta. Idealiųjų dujų lygtis. Nx Idealiųjų dujų dėsniai-dujos, susidedančios iš materalių taškų, kurie nesaveikauja vieni su kitais Idealių dujų mišiniai- dujų mišinys tenkinantis idealiųjų dujų dėsnius ir nereaguoja tarpusavyje. sudėtis gali būti nusakoma- masė, tūrio ir molio dalimis 1.3. Realios dujos, suspaudžiamumo koeficientas, Van-der-Valso lygtis Realiosios dujos nuo idealiųjų dujų skiriasi tuo, kad negalima nepaisyti realiųjų dujų savojo tūrio ir tarp jų veikiančių tarpmolekulinių jėgų, todėl į idealiųjų dujų būsenos reikia įrašyti atitinkamas pataisas. Termodinamikoje suspaudimo koeficientas ( Z ) , taip pat žinomas kaip suspaudimo koeficientas arba dujų nuokrypio koeficientas , yra pataisos koeficientas, apibūdinantis tikrų dujų nuokrypį nuo idealių dujų elgsenos. van der Valso lygtis 1.4. Dujų darbas ir jo skaičiavimas, p-v diagrama Energijos kitimas, susijęs su kūno ar jo dalies judėjimu, vadinamas darbu. Darbo procese visada dalyvauja du ar daugiau kūnų. Šiuose procesuose panaudojama kūnų savybė plėstis nuo šilumos. Besiplėsdamas dujos ar garas atliks darbą. 1.5. Dujų savitosios šilumos. Mišinių savitosios šilumos 1.6. Kaloriniai dujų būsenos parametrai: vidine energija, entalpija, entropija, T-s koordinačių sistema. Proceso šilumos skaičiavimas. Kūno vidinę energiją sudaro vidinė kinetinė ir vidinė potencinė energija.. Kinetinė – tai molekulių ir atomų chaotiško slenkamojo, sukamojo ir virpamojo energija; Potencinė priklauso nuo molekulių tarpusavio padėties ir tarpmolekulinės sąveikos jėgų u = uk+up Entalpija – visos termodinaminės sistemos energijos išmatavimas. žymima h ir matuojama J/kg. h = u + pv Entropija – sistemos netvarkos matas, rodantis, kaip arti pusiausvyros yra termodinaminė sistema. T-s koordinačių sistemoje plotas, apribotas kreive, kraštinėmis ordinatėmis ir abscisių ašimi, vaizduoja gautąją šilumą. Ši diagrama vadinama šilumine. Ja naudojantis patogu palyginti įvairiuose procesuose gautos ar atiduotos šilumos kiekį. 1.7. Pirmasis termodinamikos desnis. Dėsnio analitinis formulavimas. Pirmasis termodinamikos dėsnis yra energijos tvermės dėsnio išraiška, taikoma termodinaminiams procesams. Energijos tvermės dėsnis sako, kad baigtinės izoliuotos sistemos bendrasis energijos kiekis bet kuriuose sistemoje vykstančiuose procesuose išlieka pastovus. Energija nesusikuria ir neišnyksta. Gali perduoti šilumos mainais arbo darbo forma. Analitinės išraiškos formulavimas 1.8. Pagrindiniai termodinaminiai procesai: izochorinis, izobarinis, izoterminis, adiabatinis, politropinis. Izochorinis procesas tai darbo kūno būsenos kitimas, kai tūris lieka pastovus. V lygu const Izobarinis procesas, tai darbo kūno būsenos kitimas kai p lygu const Izoterminis procesas, tai kai temperatūra pastovi. Adiabatinis, tai toks procesas, kai tarp darbo kūno ir aplinkos nėra šilumos mainų. Politropinis procesas, tai tokie energijos transformacijos procesai, kurie aprašomi lygtimi pvn = const 1.9. Tiesioginis ir atvirkštinis ciklai, jų efektyvumo koeficientai. Karno ciklai, jų efektyvumo koeficientai. 1.10. Antrasis termodinamikos dėsnis, jo formulavimai ir analitine išraiška. Entropijos didėjimas baigtinėje izoliuotoje sistemoje. antrasis termodinamikos dėsnis sako, jog uždaroje sistemoje šiluma iš šaltesnio kūno negali būti perduota šiltesniam. 1) plėtimosi procesas yra negrįžtamasis, nes tarp stūmoklio ir cilindro yra trintis. Jai nugalėti bus naudojama dalis darbo, ir ši dalis virs trinties šiluma 2) Plėtimosi procesas yra negrįžtamasis dėl mechaninės nepusiausvyros. 3) Plėtimosi procesas yra negrįžtamasis dėl baigtinio temperatūrų skirtumo – dujų T mažesnė už šildymo T Išraiška Vykstant negrįžtamiesiems procesams, sistemos entropija visada didėja. 1.11. Pirmasis termodinamikos dėsnis dujų srautui. Dujų tekėjimas tūtomis ir difuzoriais. Ištekančių dujų greitis ir debitas. Tūtos formos parinkimas. Tai ir yra pirmojo termodinamikos dėsnio išraiška dujų srautui: dujų srautui teikiama šiluma naudojama dujų entalpijai ir srauto kinetinei energijai bei techniniam darbui atlikti A garso greitis, w srauto greitis, k adiabates eksponente 1.12. Droseliacija ir jos panaudojimas. Drosialiavimo procesas yra tipinis negrįžtamasis procesas, kuriame entropija didėja, dujų darbingumas mažėja. Drosialiavimas naudojamas nedidelės galios varikliams reguliuoti. 1.13. Vienapakopis kompresorius, žalingas tūris. Daugiapakopis kompresorius Kompresoriumi vadinama mašina, naudojama dujoms suslėgti. Stūmoklis negali sandariai priglusti prie cilindro dangčio, be to, šiek tiek dujų lieka ertmėse prie vožtuvų, taigi cilindre lieka tam tikras kiekis neišstumtų dujų jos vadinamos žalingomis dujomis 1.14. Vidaus degimo variklių ciklai: greitojo, lėtojo ir mišriojo degimo ciklai. Jų terminiai naudingumo koeficientai. Greitojo degimo ciklas. Šiuo ciklu dirbančių variklių kuras yra dujos arba lengvas skystas kuras. Degusis mišinys iš skysto kuro ir oro sudaromas specialiame maišymo įtaise – karbiuratoryje. Lėtojo Suslėgimo laipsnį galime padidinti, jei cilindre slėgsime tik orą, o kurą įpurkšime suslėgimo takto pabaigoje. Labai padidinus suslėgimo laipsnį, suslėgto oro temperatūra pasidaro didesnė už kuro savaiminio užsidegimo temperatūrą, ir jis, įpurkštas į cilindrą, užsidega savaime, taigi nereikalinga nei uždegimo sistema nei karbiuratorius. 1.15. Dujų turbinų ciklai. 1.16. Vandens garas, pagrindinės sąvokos, p-v ir T-s diagramos ns garui, pagrindinių parametrų nustatymas, h-s diagrama. Garu vadinamos realios dujos, kai jų temperatūra yra žemesnė už kritinę Garinimas- skysčio virtimo garu procesas, galima gauti dviem būdais: garavimu ir virinimu Garavimas – procesas, vykstantis skysčio paviršiuje. Šiame procese kai kurios skysčio molekulės, įgijusiosdidesnį greitį, nugali tarpmolekulinio ryšio jėgas ir išlekia iš skysčio. Virimas – visos skysčio masės garavimas. Pašildytas iki virimo temperatūros, skystis užverda ir garuoja visa jo masė. Skysčio virimo temperatūra priklauso nuo skysčio rūšies ir slėgio. Kondensacija – garinimui atvirkščias procesas, garo virtimas skysčiu Sotusis garas – garas , kuris yra dinamiškai pusiausvyras su skysčiu, iš kurio jis susidarė Sausu sočiuoju garu vadinamas garas, gaunamas išgaravus visam skysčiui. Drėgnas sotusis garas – nevisiško išgaravimo produktas. 1.17. Garo jėgainių ciklai: vandens garo Karao ciklas, garo jėgaines schema ir Renkino ciklas, jo terminis naudingumo koeficientas, garo parametrų įtaka terminiam naudingumo koeficientui. 1.18. Garo jėgainių šiluminio efektyvumo didinimo būdai: kogeneracinis ciklas, ciklas su tarpiniu garo perkaitinimu 1.19. Šaldymo mašinų ciklai: garo kompresijos šaldymo mašina, šilumos siurblio ciklas. 1.20. Dregnasis oras: drėgnojo oro parametrai, h-d diagrama orui. 2.1 Šilumos plitimo būdai. Šiluma gali plisti trim būdais: laidumo, konvekcijos ir spinduliavimo. Kartais šiluma sklinda visais trimis būdais Šilumos laidumas- tai šilumos plitimas per tiesiogiai besiliečiančios kūno medžiagos daleles, kurių temperatūra skirtinga. (dažniausiai metalai) Konvekcija šilumą perneša judantis skystis arba dujos, todėl konvekcinis šilumos pernešimas yra neatskiriamai susiję su skysčio (dujų) judėjimu. (viena vykti negali, dažniausiai su laidumu) Spinduliavimu šilumą perneša elektormagnetinės bangos, sklindančios nuo energiją spinduliuojančio kūno. Šiuo atveju spinduliuojančio kūno vidinė energija virsta spinduliavimo energija; sugerta ši energija virsta šilumo. (sklinda tik vakuume) 2.2 Šilumos mainai laidumu: temperatūros laukas ir temperatūros gradientas. Furje dėsnis, šilumos laidumo koeficientas- temperatūros laukas- temperatūros reikšmių visuma kūne tam tikru laiko momentu vadinama temperatūros lauku. Jeigu temperatūra per laiką kinta, tai nestacionarus, jeigu nekinta stacionarus temperatūros gradientas Furje dėsnis: Matematiškai šį procesą aprašo Furjė dėsnis: šilumos srauto tankis proporcingas temperatūros gradientui: {\displaystyle q=-\lambda \cdot \nabla T} 2.3 Plokščios sienelės laidis šilumai. Cilindrines sieneles laidis šilumai Plokščios sienelės laidis šilumai- Cilindrines sieneles laidis šilumai- 2.4 Konvekciniai šilumos mainai. Niutono lygtis, šilumos atidavimo koeficientas. Fluido judėjimas ir šilumos pernešimas, fluido judėjimo prigimtis ir režimai. Konvekciniai šilumos mainai- dėl entalpijos tekantis fluidas kartu su mase perneša ir šilumą, dėl to susidaro konvekcinis šilumos srautas. Jo tankis: Šilumos atidavimo koeficientas-rido, koks šilumos kiekis yra atiduodamas paviršiaus ploto vienetui arba paimamas nuo paviršiaus ploto vieneto per laiko vienetą, kai paviršiaus ir fluido temperatūrų skirtumas lygus vienam kelvinui, čia alfa šilumos atidavimo koeficientas. Niutono lygtis- Fluido judėjimas ir šilumos pernešimas- fluido judėjimo prigimtis ir režimai- 2.5 Hidrodmarninis ir šiluminis pasienio sluoksniai ir jų įtaka šilumos atidavimui 2.6 Panašumo teorija, panašumo kriterijai, kriterinės lygtys, šilumos pernaša per laminarinį ir turbulentinį sluoksnius. Panašumo teorija- Panašumo kriterijai: šilumos pernaša per laminarinį ir turbulentinį sluoksnius. Laminarinis Ref10^5 2.7 Šilumos atidavimas esant priverstiniam fluido tekėjimui: fluidui aptekant plokščią paviršių, fluidui tekant uždarais kanalais, aptekant vamzdį ir vamzdžių pluoštą 2.8. Šilumos atidavimas esant natūraliai konvekcijai neapribotoje ir apribotoje erdvėje. Konvekcija šilumą perneša judantis skystis arba dujos, todėl konvekcinis šilumos pernešimas yra neatskiriamai susiję su skysčio (dujų) judėjimu. Vykstant laisvajai konvekcijai neapribotoje erdvėje, vidutinį viso paviršiaus šilumos koeficientą galima apskaičiuoti iš tokios lygtie: Šios formulės kriterijuose būdingu matmeniu imama: kai oaviršius vertikalus, - jo aukštis, kai horizontalus vamzdis, - jo skersmuo, kai horizontali plokštė, - jos plotis. Būdinga temperatūra – vidutinė pasienio sluoksnio temperatūra Tm=0,5(Tf+TP) Kai plokštė yra pasvirusi ir posvyrio nuo vertikalios padėties kampas  ne didesnis nei 60, šilumos atidavimo koeficinetą  galima apskaičiuot taip: pirmiausia apskaičiuojamas šilumos atidavimo koeficientas tarytum plokštė būtų vertikali, paskui rasta reikšmė padauginama iš (cos)n. Kai laisvoji konvekcija vyksta apribotoje erdvėje, dažniausiai reikia skaičiuoti šilumos mainus tarp dviejų skirtingos temperatūros paviršių, ribojančių šią erdvę. Skaičiuojant tokius šilumos mainus, patogu naudoti šilumos laidumo lygtis, į kurias įrašomas vadinamasis ekvivalentinis šilumos laidumo koeficientas ekv. Šiuo koeficientu įskaičiuojamas šilumos pernešimas laidumo ir konvekcijos būdu per fluido sluoksnį, esantį apribotoje erdvėje. Taigi šilumos mainus tarp dviejų lygiagrečių plokščių, atskirų fluido sluoksniu, galima apskaičiuoti iš tokios lygties: . 2.9 Šilumos atidavimas verdant skysčiams ir kondensuojantis garams. Verdamas skystis virsta garais. Virimas-garavimas – tai vienas iš dažniausių procesų šiluminėje bei atominėje energetikoje, cheminėje technologijoje ir kitose šiuolaikinės technikos srityse. Kaip žinoma, ir verdantis skystis gali virsti garais. Tokį procesą priimta vadinti paviršiniu skysčio garavimu. Šiuo atveju garais virsta tik paviršinis skysčio sluoksnis. Kai skystis verda, garų gali susidaryti bet kurioje skysčio vietoje. Apskritai jų susidaro ten, kur aukščiausia skysčio temperatūra ir yra vadinamųjų garų susidarymo centrų: oro ir kitų dujų burbuliukų, įvairių dulkių, paviršiaus nelygumų ir kt. Kaip žinoma iš termodinamikos, kad skystis virstų garais, jam reikia teikti šilumą. Todėl virimas-garavimas yra neatskiriamai susiję su šilumos mainais. Skiriami du skysčio virimo būdai: tūrinis ir paviršinis. Tūrinis virimas esti tada kai dėl kurių nors priežasčių skysčio temperatūra pasidaro aukštesnė už jo virimo temperatūrą tame slėgyje. Dažniausios iš tokių priežasčių – staigus slėgio sumažėjimas arba vidinių šilumos šaltinių skystyje atsiradimas. Kai skystis nedrėkina paviršiaus, garo burbuliukai būna suploti ir užima daug vietos ant šildančiojo paviršiaus, todėl skystis mažesniu plotu liečiasi su paviršiumi ir šilumos atidavimo intensyvumas būna mažesnis. Atsiradęs ant šildančiojo paviršiaus, garo burbuliukas intensyviai didėja ir, pasiekęs tam tikrą dydį, atitrūktą. Burbuliukas atitrūksta tada, kai jį veikiančių dinaminių jėgų (dėl skysčio judėjimo) ir Archimedo jėgų suma pasidaro didesnė už skysčio paviršiaus įtempimo jėgas, kurios spaudžia burbuliuką prie šildančiojo paviršiaus. Garo burbuliukų susidarymo ir didėjimo intensyvumas labai priklauso nuo šilumos, atiduodamos nuo šildančiojo paviršiaus, srauto tankio. Aišku, kad kuo intensyviau paviršius tiekia šilumą verdančiam skysčiui, tuo intensyviau susidaro ir greičiau didėja garo burbuliukai, tuo greičiau jie atitrūksta ir tuo intensyvesnė pasienio sluoksnio turbulizacija, o kartu ir šilumos atidavimas. Todėl, verdant skysčiui, šilumos atidavimo koeficientas  yra tiesiogiai proporcingas šilumos srauto tankiui per paviršių q (W/m2). Dažniausiai du paviršinio skysčio virimo atvejai: netekančio skysčio virimas ir vamzdžiais arba kitokios formos uždarais kanalais tekančio skysčio virimas. 2.10 Šilumos mainai spinduliuote. Pagrindinės sąvokos, spinduliavimo dėsniai. Šilumos mainai spinduliavimu tarp kietų kūnų, tariamasis juodumo laipsnis. Dujų spinduliavimas. Lamberto dėsnį apytiksliai galima taikyti ir pilkiems kūnams. Šiuo atveju: Šilumos mainai spinduliavimu tarp dviejų kūnų. Dujų spinduliavimas: 2.11 Šilumos perdavimas per plokščią ir cilindrinę sieneles, šilumos perdavimo koeficientas. Šilumos perdavimas per plokščią sienelę: Šilumos perdavimas per cilindrinę sienelę: Didėjant išoriniam skersmeniui d2, cilindrinės sienelės šilumos laidumo terminė varža didėja, o šilumos atidavimo terminė varža mažėja. Vadinasi, esant tam tikrai optimaliai d2 reikšmei, šilumos perdavimo koeficientas bus didžiausias. 2.12 Šilumokaičiai, jų tipai ir skaičiavimo metodika. Skaičiavimo lygtys, vidutinis temperatūrų skirtumas. Pratekėjusių per šilumokaitį šilumnešių temperatūrų pokyčiai yra atvirkščiai proporcingi jų šiluminėms talpoms.

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!