Termodinamikos įvadas

1.Įvadas.pagrindinės sąvokos ir apibrėžimai. 1.1 Energija ir jos rūšys. Energija – materijos judėjimo matas; materijos gebėjimas atlikti darbą; vienos judėjimo formos virtimas kitos formos judėjimu. Pagal forma materijos judėjimas gali būti cheminis, magnetinis, šiluminis ir kt. Energija atitinkamai vadinama: mechaninė, šiluminė, elektros, cheminė, magnetinė, saulės, vėjo, geoterminė ir t.t. Energija skirstoma į dvi rūšis: 1)atsinaujinantys energijos šaltiniai (vėjo, saulės, geoterminiai ir pan.); 2)neatsinaujinantys (akmens anglis, nafta, dujos ir pan.). 1.2 Pasikeitimo energija formos: 1)darbo forma (energijos perdavimas vieno kūno kitam vyksta makroskopiškai tvarkingo judėjimo dėka, perduotas energijos matas yra darbas. Principinė savybė – galimybė visai energijai iš vienos rūšies pereiti į kitos rūšies energiją. Gali kisti termodinaminės sistemos parametrai)2)šilumos mainų forma (perduotas energijos matas yra šiluma. Taip energija perduodama tada, kai energijos perdavimas tarp kūnų vyksta mikrodalelių judėjimo dėka. Termodinaminiai parametrai kali nekisti). Energijos perdavimo formos nėra lygiavertės. Kūno atliekamas darbas gali transformuotis į bet kokią energiją iki galo. Tuo tarpu šilumos mainais perduodama energija betarpiškai gali eiti tik vidinei energijai didinti. Šilumos negalima transformuoti į kitą energijos rūšį bent dalies nepaverčiant darbu. 1.3 Techninė termodinamika kaip mokslas. Termodinamika – gr. žodis, šiluma ir jėga. Termodinamika – tai mokslas apie energiją, jos savybes visuose fiziniuose ir cheminiuose procesuose, kurių metu išsiskiria arba sunaudojama šiluma. 18a. N. Carno (pranc.) parašė knygą apie šilumos vertimo darbu problemas. Įvedė tokią sąvoką kaip ideali mašina ir kt. 19a. R. Mayer (vok.) pirmasis suformulavo pirmąjį termodinamikos dėsnį. J. Joule (pranc.) nustatė šilumos mechaninį ekvivalentą ir eksperimentiškai patvirtino pirmą termodinamikos dėsnį. R. Causins (vok.) pirmas termodinamikos dėsnis, antras termodinamikos dėsnis. 20a. W. Thompson (ang.) įrodė, kad egzistuoja absoliutinės temperatūros skalė (Kelvino). F. Gibbs (amer.) sukūrė fazių taisyklę ir įvedė termodinamikos potencialus. W. Nernst – šiluminės teorijos sukūrėjas. Termodinamika skirstoma į: 1)klasikinę – fundamentalus bendrasis inžinerijos mokslas, kurio pagr. objektas yra energija: sąvokos, formos, savybės, transformavimo galimybės. Ji nagrinėja dideles pusiausvyrose esančias sistemas, neatsižvelgiant į molekulinę ar atominę struktūrą. 2)statistinę – ji atsirado vėliau ir makroskopinės medžiagų savybės aiškinamos remiantis atomine medžiagų sandara. 3)cheminę – nagrinėjami procesai, kai vyksta cheminės reakcijos. Kadangi klasikinė termodinamika tiria šilumos ir darbo transformacinius procesus, kurie vyksta šiluminiuose varikliuose ir šaldymo mašinose, todėl techninė termodinamika yra šiluminės ir šaldymo technikos teorinis pagrindas. 1.4 Termodinaminės sistemos. Reiškinio termodinaminis tyrimas prasideda tuo, kad apribojama erdvė. Tai, kas yra erdvės viduje, yra termodinaminė sistema, o visa, kas yra už apribotos erdvės, yra termodinaminės sistemos išorinė aplinka. Išorinė aplinka kartais gali būti kaip kita termodinaminė sistema. Termodinaminės sistemos yra: 1)uždaros termodinaminės sistemos; adiabatinės termodinaminės sistemos (kai ribos nelaidžios medžiagai – sistema uždara. Medžiagos kiekis nesikeis).2)atviros termodinaminės sistemos; atviros adiabatinės termodinaminės sistemos (kai sienelės laidžios medžiagai). Uždara termodinaminė sistema(turime dujas, apribotas cilindru): Atvira sistema: Riba – materialus arba menamas paviršius, skiriantis termodinaminę sistemą nuo aplinkos. Ribai gali būti suteikiamos idealizuotos savybės, t.y. laidi nelaidi energijai, medžiagai. 1.5 Termodinaminė būklė ir jos parametrai. Kai termodinaminės sistemos parametrai įgauna pastovias reikšmes, sistema yra tam tikros būklės. Parametrai: išoriniai (koordinatės, greitis...) ir vidiniai (slėgis, temperatūra, tūris...). dar gali būti kiti parametrai: ekstensyvūs (parametrai, kurių reikšmė nustatoma susumuojant sąlyginai sudalintos sistemos dalių būklės parametrus(tūris, masė)) ir intensyvūs (parametrai, kurie termodinaminėje sistemoje yra pastovūs(slėgis, temperatūra)). Dar kitai (dažniausiai naudojami): terminiai (nusakoma termodinaminė būklė, šiuos parametrus galime tiesiogiai išmatuoti(temperatūra, slėgis, tūris)) ir kaloriniai (jie nėra tiesiogiai išmatuojami, o apskaičiuojami (entalpija – h[J/kg], vidinė energija – u[J], entropija – s[J/K], )). Termodinaminė sistema yra termodinaminėje pusiausvyroje, jei ją izoliavus nuo aplinkos poveikio nekinta būklės parametrai. Jei termodinaminėje sistemoje medžiaga turi tą pačią cheminę sudėtį ir tas pačias fizines savybes, tai ši sistema yra vadinama homogenine termodinamine sistema. Kiekviena homogeninė sritis yra vadinama faze, todėl homogeninė termodinaminė sistema yra vienfazė. Jei termodinaminė sistema sudaryta iš dviejų ar daugiau fazių, tai vadinama heterogenine termodinamine sistema. Lyginamasis parametras: Q/m=q; Q – šilumos srautas, m – masė, q – šilumos srauto tankis. Paprastos termodinaminės sistemos, tai tokios termodinaminės sistemos, kuriose nepasireiškia paviršiniai, elektriniai, magnetiniai laukai, kuriose neveikia išorinių jėgų laukai. Taip pat jų molekulėse nevertinamas molekulių tūris ir tarpusavio molekulinės jėgos. 1.6 Termodinaminis procesas – tai procesas, kurio metu vyksta termodinaminės sistemos būsenos parametrų kitimas. Pakitimai, dėl kurių termodinaminė sistema atsiduria nepusiausvyros būklėje, vadinami nestatiniais procesais. 2.Molekulinė – kinetinė dujų teorija. 2.1 Idealios dujos, jų būsenos lygtis. Idealiomis dujomis yra vad. dujos, susidedančios iš materialių taškų kurie nesąveikauja vieni su kitais. Jos neturi savo tūrio. Realias dujas, bet nedidelio slėgio ir aukštos temperatūros irgi laikome idealiomis dujomis. F(P,V,T)=0 (egzistuoja funkcinis ryšys tarp darbo kūno parametrų); P=f1(V,T); V=f2(P,T); T= f3(V,P) (šios lygtys rodo, kad tarp 3 pagrindinių parametrų du yra nepriklausomi, o trečias parametras yra per funkciją. Nuo jų priklauso trečias parametras); pv/T=const=R(dujų konstanta). pv=RT – Klapeirono lygtis. p – absoliutus slėgis Pa, V – savitasis (specifinis) tūris m3/kg, T – absoliutinė temperatūra K, R – dujų konstanta J/kg*K (nepriklauso nei nuo p, nei nuo T, priklauso nuo dujų cheminės sudėties). Tai dujų būsenos lygtis, kai kūno masė 1kg. Jei kūno masė ne 1kg, o m kg, tai: pV=mRT, V – tūris, , m – masė, kg. Kai masė išreikšta kilo moliais: . R- universalioji dujų konstanta 8314 J/kmol*K. Todėl : (Klaiperono – Mendelejevo lygtis). Bet kokių dujų: Rx= R/ x. 2.2 Realios dujos, jų būsenos lygtis. Realios dujos nuo idealių skiriasi tuo, kad negalime nepaisyti veikiančių dujų ir jėgų. Tarp jų veikia jėgos, jos juda po visą tūrį. Tarp jų veikia molekulinės jėgos. Jos turi sferas. p(V-b)=RT; ; (p+a/V2)(V-b)=RT – Van Der Valso lygtis, realiu dujų būsenos lygtis. a ir b priklausomai nuo dujų randame lentelėse. Lygtis tik apytikslė, tikslių nėra. 2.3 Dujų mišiniai, jų sudėtis masės, tūrio, molių dalimis. Dauguma dujų yra nevienalytės dujos, o mišiniai. Techninė termodinamika nagrinėja tokius mišinius, kurių komponentai tarpusavyje nereaguoja chemiškai. Dujų mišiniai gali būti iš keleto komponentų ir jo būsenai nustatyti dviejų parametrų dažnai neužtenka. Papildomai reikia nurodyti mišinio sudėtį, kuris gali būti nusakytas m, v, kmol dalimis nuo viso mišinio masės, tūrio ir kmol kiekio. Masės dalimis: m1, m2, m3 ... mn; m1+m2+m3+ ... +mn=m; ; (); ; Tūrio dalimis: V1, V2, V3 ... Vn; V1+V2+V3+...+Vn=V; ; ; ; Kilomolių dalimis: Bet kurio komponento k molių dalimi vadinama to komponento k molių skaičius ir viso mišinio k mol skaičius santykis. 2.4 Mišinio komponento parcialinis slėgis ir redukuotas tūris. Redukuotas tūris, tai toks tūris, kurį užimtų mišinio komponentas, jei turėtų mišinio slėgį ir temperatūrą. Kiekvienas mišinio komponentas gali būti charakterizuojamas parcialiniu slėgiu tai toks slėgis, kai tik vieno atskiro komponento dujos pasiskirsto visame mišinio tūryje. ; ; 2.5 Dujų mišinio konstanta ir tariamoji molekulinė masė. Tariamoji molekulinė masė yra lygi tokios įsivaizduojamos medžiagos chemiškai vienalytės masei, kuri savo fizinėmis savybėmis būtų ekvivalentiška tam mišiniui. 2.6 Ryšys tarp dujų mišinio masinių ir tūrinių dalių. Iš svorio į tūrio dalis: . Ir atvirkščiai iš tūrio į svorio dalis: ; -parcialiniam slėgiui skaičiuoti. 3.Pirmas termodinamikos dėsnis. 3.1 Grįžtami ir negrįžtami procesai. Jei sistemą, kurioje vyksta procesas galima grąžinti i pradinę būklę nesukeliant pakitimų išorinėje aplinkoje, tai toki procesą vadiname grįžtamu. Jei sistemos sugrįžimas į pradinę būklę įvykus procesui neįmanomas be pakitimų išorinėje aplinkoje, tai toks procesas vadinamas negrįžtamu. Tarkime . Grąžinti atgal negalima T, nes reikia energijos. Savaiminiai procesai yra negrįžtami. Visi gamtoje vykstantys procesai yra negrįžtami, tik jų negrįžtamumo laipsniai yra skirtingi. Todėl sakome, jog grįžtamas procesas idealizuotas – ribinis negrįžtamo proceso atvejis. 3.2 Darbas ir jo skaičiavimas. Darbas – energijos perdavimo būdas, t.y. energijos iš sistemos įėjimo ir išėjimo būdas. Darbas yra proceso, o ne būsenos charakteristika. Darbas žymimas A(J). Lyginamasis darbas, kurį atlieka 1kg masė:. Darbas atliktas per tam tikrą laiką yra vadinamas proceso galia: . Darbas gali būti: mechaninis, tūrio kitimo, veleno, elektros. Mechaninis darbas – atliekamas jėgai veikiant į judančias termodinaminės sistemos ribas. K – jėga. Kūnas pasislinko erdvėje. Darbo dydis yra lygus jėgos ir jos pridėjimo taško nueito kelio sandaugai: . Vidiniai parametrai nepasikeitė. Pasikeitė tik išoriniai(koordinatės ir greitis). Darbas kuris atliekamas kintant termod. sistemos išorinės būklės parametrams, vadinamas išoriniu mechaniniu sistemos darbu. Suteikiamas darbas naudojamas sistemos kinetinės ir potencinės energijos didinimui. ; . Tūrio kitimo darbas. Nagrinėjame dažniausiai nejudančią uždarą sistemą. Kai ši sistema veikiama judančios jėgos, jos padėtis erdvėje nesikeis,o pasikeis vidiniai būklės parametrai. Jei ribos veikia į nejudamą sistemą statmenai jos riboms, tai iššaukia ribos postūmį ir tūrio pasikeitimą. Ir tokiu atveju šio proceso atliktą darbą vadiname tūrio kitimo darbu. dr – tūrio kitimo darbas F – plotas. K = -p‘F; tūrio pokytis: dV= F*dr→dr=dV/F; tuomet: dAV=K*dr=-p’F*dV/F=-p’dV; dV0 (išsiplėtimo darbas). Tūrio kitimo darbas laikomas grįžtamu tūrio kitimo procesu, vyksta be trinties, be deformacijų. Laikoma, kad p’= p. Tuomet: dAVgrįžt= - pdV . Jeigu šį procesą įvykdo 1kg, tai: Negrįžtamame procese: 1)slėgis nevienodas, susidaro slėgio banga keičiantis tūriui. 2)veikia deformacijos, trinties jėgos, kurių atliekamas darbas yra teigiamas. Grįžtamame procese: 1)slėgis visame tūryje yra vienodas. 2)nevertiname nei trinties darbo, nei deformacijos. Pa – aplinkos slėgis gali iššaukti tūrio pakitimą. Tuomet darbas vadinamas stūmimo arba išstūmimo: Tokiu atveju naudingas darbas bus lygus algebriniai sumai, tūrio kitimui ir išstūmimo darbui: Jeigu p > pa tai dV > 0 (išsiplėtimo darbas) pa > p, tai dV > 0 (suspaudimas). Veleno darbas. Velenui sukantis yra atliekamas darbas. Per besisukantį veleną sistemai perduodama energija, kuri vadinama veleno darbu. Veleno darbas: arba jo nėra arba jis teigiamas. Veleno darbu galima sistemai tik suteikti energiją, jos gauti negalima. 3.3 Šilumos kaip proceso charakteristika. Šiluminis judėjimas tai yra šiluminė energija, termodinamikoje vadinama tiesiog šiluma. Žymima Q[J]. Lyginamoji šiluma, šilumos srauto tankis: Šilumos srautas (šiluma per laiko vienetą): [W]. a) (nesikeis). b) ; kai . Neadiabatinė sistema su aplinka gali keistis tiek darbo tiek šilumos dėka savo energija. 3.4 Dujų savitosios šilumos formos: tikroji ir vidutinė; izobarinė ir izochorinė. Tai toks šilumos kiekis, kurį reikia suteikti medžiagos kiekio vienetui, kad jo temperatūra pakiltų 1 laipsniu. . Masės savitoji šiluma: c[J/kg*K]. Tūrio savitoji šiluma: c‘[J/*K]. Molio savitoji šiluma: c[J/kmol*K]. Savitoji šiluma priklauso nuo medžiagos temperatūros: vidutinė savitoji šiluma; tikroji savitoji šiluma. Jei q suteikiamas arba atimamas iš medžiagos kiekio vieneto temperatūrai kintant nuo t1 iki t2, vadinama vidutine šiluma. - vidutinė savitoji šiluma. ; - tikroji savitoji šiluma. Tikrajai savitajai šilumai skaičiuoti: c = a + bt, c = a + bt + bt2 ; a, b, d koeficientai, skirtingi įvairioms dujoms ir priklauso nuo duju atomingumo, temperatūros ir šilumos tiekimo būdo. Jie duodamo žinynuose. Realių dujų savitoji šiluma priklauso nuo jų savybių, temperatūros, slėgio ir šilumos tiekimo būdų. Šilumos tiekimo budai: 1) kai v = const. . - izochorinė savitoji šiluma, 2) kai p = const. - izobarinė savitoji šiluma. Arba: - Majerio formulė. ; k – adiabatės rodiklis. . Tikrosios savitosios šilumos: izochorinės: v=const, masės , tūrio , molio . Izobarinės: p=const, masės , tūrio , molio . Vidutinės savitosios šilumos: izochorinės: masės , tūrio , molio . Izobarinės: masės , tūrio , molio . 3.5 Dujų mišinių savitoji šiluma. Mišinių sudėtis masės dalimis: . Tūrio dalimis: . Molio dalimis: 3.6 Termodinaminės sistemos vidinė energija. Sukaupta sistemoje energija, vadinama vidine energija. Tai uždara adiabatinė sistema. a – V=V (veleno darbas); b1 – suspaudimo procesas (tūrio kitimo darbas); b2 – veleno darbas; b3 – išsiplėtimo darbas (tūrio kitimo darbas). Jei ši sistema pereina iš vienos būsenos į kitą, tai sistemą veikia suminis darbas, toks pat isiems procesams, įvykdantiems šį perėjimą. Adiabatinės sistemos būsenos pakitimą, jai suteikiant arba iš jos gaunant darbą, nusakome vidinės energijos pokyčiu: . Išvados: 1)aždarai adiabatinei sistemai teikiamas darbas didina jos vidinę energiją. 2)adiabatinės sistemos atiduodamas darbas atliekamas tos pačios sistemos vidinės energijos sąskaita. 3.7 Entalpija. 19a. Gibsas įvedė naują funkciją – entalpiją. Ji žymima: vienam kg : h [J/kg, kJ/kg]; daugiau nei 1 kg: H [J, kJ] . h=U+pv. Entalpija h taip pat yra būsenos parametras. . Plačiai naudojama šiluminių variklių, šaldymo įrenginių ir technologinių procesų skaičiavimuose. Kai p=const, tai ; h=U+pv=U+RT. Entalpija yra temperatūros funkcija. 3.8 Entropija. Kinta (U, v, x). σ(U, v, x)=const. Empyrinė entropija, kai paviršius įgauna kokią nors reikšmę. Ji bus tokia pati visiems paviršiams (būsenoms), sujungtos grįžtamiems procesams. dU=dq+da; dU=*dF; da=-pdv. Sustatome: dT=dq-pdv; dq=dT+pdv. Šios išraiškos koeficientas gali būti absoliuti temperatūra: dq/T=dT/T+pdv/T; dq/T=dT/T+Rdv/V. dq/T=ds (dq/T – redukuota šiluma, ds – savitosios entropijos diferencialas). , c – konstanta. [J/kg].s=s*m [J;kJ]. Entropija yra vienareikšmis kūno būsenos parametras. 3.9 PTD uždarai sistemai. PTD nusako kiekybinį ryšį tarp 3 energijos formų: darbo, šilumos, vidinės energijos. 1)uždarai sitemai adiabatiniame procese vidinės energijos pokytis lygus suteiktam darbui ir šiuo atveju vidinė sistemos energija gali tik didėti. . 2)neadiabatiniuose procesuose uždarai sistemai šilumos ir darbo pavidalu suteikta energija lygi jos vidinės energijos pokyčiui. PTD uždarai sistemai. PTD diferencialinė išraiška: du=dq-pdv. 4.Idealių dujų termodinaminiai procesai. Termodinaminiai procesai, tai termodinaminių parametrų (p, V, T, u, h, s) kitimas.visi procesai vadinami politropiniais procesais. Paprastos termodinaminės sistemos būseną ar procesą galima nusakyti dviem parametrais. .vidinės energijos pasikeitimas: . [J/kg] kai 1kg. Kai masė konkreti, tai: . Darbas (tūrio kitimas): [J/kg]. [J;kJ]. Šiluma (gauta, sunaudota, atiduota): ; politropinė savitoji šiluma: . , n – politropės rodiklis. Entalpija (jos pokytis): ; [J/kg]; [J; kJ]. Entopija (jos pokytis): [J/kg]. [J, kJ]. 4.1 Izochorinis procesas. V=const. Kadangi , tai , izochoriniame procese slėgis tiesiog proporcingas temperatūrai. 1)darbas neatliekamas . 2)vidinės energijos pokytis: kai darbo masė 1kg ; kai ne 1kg, tai . T, s diagramoje plotas po kreive, tai – šiluma. 3)šiluma (gauta, nuvesta): , o jei masė m, tai . 4)entalpijos pokytis: , . 5)entropijos pokytis: , . 4.2 Izobarinis procesas. p=const. Kadangi , tai , izobariniame procese tūris tiesiog proporcingas temperatūrai. 1)vidinė energija: , . 2)darbas: . 3)šiluma (gauta, nuvesta): , - izobarinė savitoji šiluma. . 4)entopijos pokytis: ; . 4.3 Izoterminis procesas. pv=const, T=const. Kadangi , tai , izoterminiame procese slėgis yra atvirkščiai proporcingas tūriui. 1)vidinė energija: ,nes . 2)darbas: , . 3)šiluma (gauta, nuvesta): , (jei turime masę). 4)entopijos pokytis: ; . 4.4 Adiabatinis procesas. . , . Tuomet: ; . ; ; . 1)vidinės energijos pokytis: . 2)darbas: . 3)šilumos pokytis: ; . 4)entropijos pokytis: ; S=const (liko ta pati). Adiabatiniuose procesuose entropija pastovi ciklo pradžioje ir pabaigoje. 5.Antras termodinamikos dėsnis. Negįžtamumas adiabatinėje sistemoje. Tai tūrinė adiabatinė sistema (uždara). ; (veleno darbas). Tuomet: . Adiabatinės sistemos vidinės energijos sumažinti negalima, tai tos sistemos tūris yra pastovus. v=const. Adiabatinėje sistemoje įvykus procesui kai , vidinės energijos negalima sumažinti. ATD uždarai adiabatinei sistemai: adiabatinė sistema proceso metu negali įgyti vidinės energijos reikšmės, mažesnės už vidinės energijos reikšmę grįžtamojo proceso metu, esant tam pačiam galimam tūriui. Adiabatinėje sistemoje darbas lygus vid. energijos pokyčiui, tuomet ATD galima nusakyti taip: adaibatinė sistema su nustatytais pradiniu ir galiniu tūriais, didžiausią darbą atlieka grįžtamojo proceso metu. . 5.1 Termodinaminiai ciklai. Šiluminė energija plėtimosi procesuose virsta mechanine energija, t.y atlieka darbą, o suslėgimo procesuose priešingai, mechaninė energija virsta šilumine. Šiluma mechanine energija yra paverčiama šiluminiuose varikliuose, šiame procese darbo kūnas gauna šilumą iš viršutinio šilumos šaltinio (vad. šildytuvas) ir jau naudodamas vidinę energiją plečiasi atlikdamas darbą. Kad tokie varikliai galėtų dirbti ilgą laiką, plėtimosi procesą reikia nuolat kartoti. Vadinasi reikalingas papildomas suslėgimo darbas, kad darbo kūnas grįžtų į pradinę būklę (įgautų tuos pačius parametrus). Toks termodinaminis procesas arba jų visuma, kuriems įvykus darbo kūnas grįžta į pradinę būseną, vadinamas ciklu. Ciklų grafikai yra paprastai uždaros kreivės. Darbo kūną į pradinę būseną galima grąžinti dviem būdais: 1)Tiesioginis ciklas. Šiuo atveju proceso plėtimosi kreivė diagramoje yra aukščiau už suslėgimo kreivę. Procesas vyksta laikrodžio rodyklės kryptimi. - šildytuvas, - aušintuvas. Proceso metu: (plotas) atliktas darbas. ; , vadinasi, . Pagal PTD: q=a+u, todėl ir šiuo atveju: , . Todėl turime, kad q=a. PTD ciklas: atliktas naudingas darbas lygus suteiktos ir nuvestos šilumos kiekių skirtumui. Šie ciklai įvertinami terminiu naudingumo koeficientu: . Variklių paskirtis šilumą versti darbu. 2)Atvirkštinis ciklas. Jo metu darbo kūnas taip pat grąžinamas į pradinę padėtį. Tik šio ciklo diagramose suslėgimo kreivė yra aukščiau už plėtimosi kreivę. Atvirkštinio ciklo kryptis yra priešinga laikrodžio rodyklės krypčiai. , . (tai bus ciklui atlikti sunaudotas darbas). . Atvirkštiniame cikle suslėgimo darbas didesnis už plėtimosi darbą. Vadinasi ciklui atlikti reikia naudoti darbą. Šiuo ciklu dirba kompresoriai, šaldytuvai, visos šaldymo mašinos. Jų paskirtis kūnus atšaldyti iki temperatūros žemesnės nei aplinkos temperatūra. Atvirkšiniam cikle darbo kūnas naud. mechaninę energiją, iš žemos temperatūros šaltinio paima šilumą () ir atiduoda aukštesnės temperatūros šilumos šaltiniui šilumą (). Efektyvumas įvertinamas šaldymo koeficientu: . Šis atvirkštinis ciklas gali būti ir šildymo ciklu. Kuomet naudojame mechaninį darbą, iš žemesnės temperatūros aplinkos paima šilumą ir atiduoda aukštesnės temperatūros šilumos šaltiniui . Tokie įrenginiai vad. šilumos siurbliais. Jų ekonomiškumas įvertintas šildymo koeficientu: . 5.2 Tiesioginis Karno ciklas. 1824m. Karno pasiūlė grįžtamą termodinaminį ciklą. Šiame cikle galingi šildytuvas ir aušintuvas. Jų energija didelė ir temperatūra nesikeičia (ciklo metu). Ciklas sudarytas iš pasiausvyrųjų procesų. Darbo kūno temperatūra būtų lygi šildytuvo temperatūrai, šilumą darbo kūnui reikia teikti izotermiškai ir užtikrinti terminę pasiausvyrą. Ataušinti darbo kūną nuo šildytuvo temperatūros iki aušintuvo temperatūros, reikia ataušinti adiabatiniu procesu, t.y darbo kūnui adiabatiškai plečiantis. Darbo kūnas izoterminiu procesu šilumą atiduoda aušintuvui, temperatūra pakeliama iki šildytuvo adiabatinio suslėgimo proceso. Vyksta pagal laikrodžio rodyklę. - šildytuvo, - aušintuvo. Galima nustatyti: . Karno ciklo ekonomiškumas priklauso nuo šildytuvo ir aušintuvų absoliučių temperatūrų. Jis didėja kada didėja ir mažėja. Karno ciklo yra visada: . Jeigu ciklo būtų lygi 0 arba , tuomet . Karno nepriklauso nuo darbo kūno rūšies, nes lygtyje nėra dydžių, kurie tai apibrėžtų. 5.3 Ekvivalentinis Karno ciklas. suteikiama; atiduodama aušintuvui. Šį ciklą mes galime pakeisti ekvivalentiniu Karno ciklu. ; . Tokio proceso terminio naudingumo koef. : . Bet kokio ciklo terminio naud.koef. yra lygus tokiam Karno ciklui, kuris vyksta tarp šio ciklo vidutinių integralinių temperatūrų. . ; ; . Vadinasi, Karno ciklas yra ekonomiškiausias duotų temperatūrų intervale, nes jo terminio naud. koef. yra didžiausias (max). Kadangi Karno ciklas yra sudarytas iš dviejų adiabatinių ir dviejų izoterminių procesų, todėl jis yra praktiškai neįgyvendinamas. Karno ciklas yra analogas, su kuriuo lyginami visi šiluminių variklių ciklai, norint išsiaiškinti, koks max darbas gali būti gautas esant tam tikroms šildytuvo ir aušintuvo temperatūroms. 5.4 Atvirkštinis Karno ciklas. Darbas naudojamas, kad iš aušintuvo šilumą atiduoti šildytuvui. - šildytuvo temperatūra, - aušintuvo temperatūra. Atvirkštiniu ciklu dirba šaldymo mašinos. 2-3 – iš aplinkos imama šiluma. Šaldymo koeficientas: . Atvirkštinis ciklas gali būti naudojamas ir šilumai padidinti (šiluminiuose siurbliuose). Šildymo koeficientas: . Realūs šaldymo ciklai susideda iš negrįžtamų procesų. Juose paimamas šilumos kiekis , esant tam pačiam temperatūrų skirtumui ir sunaudojus tą patį darbą, visada mažesnis už šilumos kiekį, paimtą idealiame Karno cikle. 5.5 ATD analitinė išraiška. ; ; ; (- šilumos srauto entropija, - pagaminta entropija). ATD analitinė išraiška termodinaminėm sistemom: . Grįžtamas procesas: . Negįžtamas procesas: . Entropijos pokytis cikle, sudarytame iš grįžtamų procesų, bus lygus nuliui. Entropijos pokytis cikle, sudarytame iš negrįžtamų procesų, didėja. Klauzijus entropijos didėjimo procesą izoliuotoje sistemoje pritaikė visatai ir padarė išvadą, kad visų rūšių energijai visatoje virtus vienodai pasiskirsčiusia šiluminio judėjimo energija, nustos vykę makroskopiniai procesai ir visatą ištiks šiluminė mirtis. Deja, kosmologiniai tyrimai parodė, kad visata yra nestacionari (atsiranda ir išnyksta galaktikos, žvaigždynai, kometos) ir entropija visada mažėja, ji negali padidėti iki maksimalios reikšmės, todėl šiluminė mirtis visatoje negalima. 5.6 Šilumos srauto entropija ir pagaminta entropija. Kai sistema neadiabatinė, gali vykti energijos perdavimas šilumos mainais. Kada šilumą gauna sistema, tai ji savo entropiją didina ir atvirkščiai, jei atiduoda šilumą – tai entropija mažėja. Tuomet: . - šilumos srauto entropija, - šilumos pokytis. Adiabatinėje sistemoje entropija nekinta. Kur nevyksta šilumos mainai su aplinka, entropija pastovi. Jeigu įvyko trintis sistemoje, taigi: (ji gaunasi sistemos viduje) ji gauta vykstant negrįžtamiems procesams. ( - sistemos energijos pokytis, - šilumos srauto energija, - pagaminta entropija); . ATD uždarai sistemai: uždaros termodinaminės sistemos entropijos pokytis susideda iš šilumos srauto entropijos ir pagamintos entropijos. 5.7 Šilumos mainų negrįžtamumas. ; ; . ; ; . Vadinasi: . Posistemės A: ; posistemės B: . Negrįžtama entropija: . Taigi: , nes . Todėl . Pagal ATD adiabatinių sistemų vykstant juose negrįžtamiems procesams, entropija turi didėti. nusako adiabatinėje sistemoje negrįžtamą procesą. Šilumos mainų procese siekiant perduoti kuo didesnį šilumos kiekį didinant temperatūrą, proceso negrįžtamumo rodiklis, t.y pagaminta entropija padidėja kvadratu. 5.8 Entropijos fizinė prasmė. Entropijos išmatuoti negalima, ji yra apskaičiuojama (matematinė sąvoka). Entropija – šilumos vertės matas, jos darbingumo ir technologinio efektyvumo matas. Entropija – darbo nuostolių arba realių procesų negrįžtamumo matas. Entropija – netvarkingumo, chaotiškumo matas (iš aušinamo darbo kūno atimam šilumą, entropija mažėja). 6.Stacionarūs srautiniai procesai. Jei per tam tikrą laiką visuose kontrolinės erdvės taškuose termodinaminiai parametrai nekinta, nors tarp savęs yra skirtingi, tai turime stacionarinį srautinį procesą. Masės debitas: [kg/s; kg/h]; Tūrio debitas: []. ; . Vidutinis greitis: [m/s; m/h]. Sąlygos, kad procesas būtų stacionarus: 1)masės debitas 2)debitų suma įėjimuose lygi šių debitų sumai išėjimuose (įėjimo debitas lygus išėjimo debitui). 6.2 Techninis darbas. Energetiniam balansui sudaryti naudojami dydžiai ant sisteminio kontrolinio paviršiaus. Velenas atiduos darbą į išorę kirsdamas termodinamines sistemas kontrolinį paviršių. Šis darbas vad. techniniu darbu. Techninis darbas – tai energija, stacionaraus srautinio proceso metu, darbo pavidalo pereinanti per sistemos kontrolinį paviršių. Darbas atliktas per tam tikrą laiką, vad. galia. Galia (techninis darbas): [J/s - W]; lyginamasis darbas: [J/kg]. Masės debitas: [kg/s; kg/h]. 6.3 PTD stacionariems srautiniams procesams. ; ; Darbas A susidaro iš techninio darbo ir įėjimo ir išėjimo darbų. , . , , padalinam visus narius iš : , - šilumos srautas, - galia, - masės debitas. h=U+pv; . Padalijam visus narius : ; - lyginamasis šilumos srautas (srauto tankis), - lyginamasis techninis darbas, - entalpijos pokytis, - kinetinės energijos pokytis, - potencinės energijos pokytis. PTD srautiniam procesui: per termodinaminės sistemos kontrolinį paviršių tekant medžiagai, šilumos srauto tankio ir lyginamojo techninio darbo suma yra lygi entalpijos, kinetinės energijos ir potencinės energijos pokyčių sumai. 6.4 Ryšys tarp greičio ir slėgio srautiniame procese. Tekėjimo procesas tūtomis ir difuzoriais. Adiabatinio tekėjimo atveju: , , . Galimi tekėjimo atvejai: 1) Tekėjimas, kai vamzdžio skersmuo mažėja: , , nes adiabatinis procesas, tai . 2); ; - trinties koeficientas, . ; a) . Tai tekėjimas duslintuvuose. b) , tai tekėjimas difuzoriuose (platėjančio skersmens). Greitis mažėja, o slėgis didėja. Nustatyta, kad esant pradiniam greičiui : 1)mažesniam už garso greitį : a)siaurėjančiuose kanaluose (tūtose) greitis didėja, slėgis mažėja. b)platėjančiuose kanaluose greitis mažėja, slėgis didėja. 2)didesniam arba lygiam už garso greitį :a)viršgarsinė tūta turi būti platėjanti, b)viršgarsinis difuzorius turi būti siaurėjantis. Jeigu turime tūtą ir norime gauti srauto ištekėjimo greitį didesnį už garso greitį, turime naudoti sudėtinę tūtą, sudarytą iš siaurėjančios, o po to platėjančios dalies. Siaurėjančioje tūtos dalyje gausime srauto tekėjimo greitį, lygų garso greičiui, o platėjančioje – slėgis krenta, o dujų tekėjimo greitis didės, kol slėgis susilygins su aplinkos slėgiu – ši sudėtinė tūta yra vadinama Lavalio tūta. Jei į difuzorių įtekančių dujų srautas turi greitį, didesnį už garso greitį, o norime, kad dujų srauto ištekėjimo greitis būtų mažesnis už garso greitį, tai difuzorių taip pat reikia daryti iš dviejų daliu: pirmoji – siaurėjanti, antroji – platėjanti. Tas pats kanalas, priklausomai nuo dujų ištekėjimo greičio, gali būti kaip tūta ir kaip difuzorius. 6.5 Greitis ir debitas ištekant iš tūtų. [m/s], ; ; , ; . I – skerspjūvyje: . II – skespjūvyje: . ; ; ; . Įstačius: ; [m/s]. Garso greitis ore: . Masinis debitas: I – skerspjūvyje . II – skerspjūvyje . . . ; . Įstatę vietoj kitas formules: debitas, kuris išteka adiabatiškai vykstant tekėjimui iš tūtų: ; [kg/s]. 6.6 Ištekančių iš tūtos greičio ir debito formulių analizė. ; . Atsitinka tai todėl, kad slėgio banga iki taško sklinda greičiu, mažesniu už garso greitį. O toliau, į kairę nuo taško, pasiekia garso greitį. Kadangi slėgio banga negali judėti didesniu greičiu už garso greitį, tai toliau mažinant slėgį , esant ištekėjimo skerspjūvyje, pačiame skerspjūvyje slėgis įgyja kritinę reikšmę . Kritinis slėgių santykis - . Tuo būdu iš tūtos kritinis ištekėjimo greitis yra lygus garso sklidimo greičiui ištekančiose dujose, vadinasi siaurėjančioje tūtoje virškritinio greičio pasiekti negalima. Taip pat padidinti debitą, ištekančių iš tūtos dujų, mažinti aplinkos slėgį žemiau jo kritinės reikšmės – negalima. Tai galima būtų padaryti didinant pradinį slėgį arba didinant tūtos ištekėjimo skerspjūvį F2. . 2- atomių dujų : k=1,4; . 3 ir daugiau atomių dujų: k=1,33; . Skaičiuojant Lavalio tūtą : - skerspjūvis minimalus. 6.7 Droseliavimas. Džaulio – Tompsono efektas. Droseliavimas – slėgio kritimo procesas, kai dujos ar garai patenka susiaurėjimu, neatlikdamos išorinio darbo. Droseliacija įrenginiuose dažniausiai nepageidaujama. Bet yra įrenginys, kur specialiai naudojamas droseliavimas – diafragma. ; . Jei droseliavimo metu nekis entalpija, tai nekis ir temperatūra. . Čia droseliuojamos idealios dujos, jų tenperatūra nekinta. Droseliuojant realias dujas, jų temperatūra gali didėti, mažėti arba likti ta pati. Tuo atveju, kai realių dujų temperatūra dėl droseliacijos nekinta, tai ši temperatūra vadinama dujų inversijos temperatūra. Temperatūros kitimas adiabatiškai droseliuojant dujas yra vadinamas Džaulio – Tompsono efektu. Nustatyta priklausomybė: ; - diferencialinio adiabatinio droseliavimo koeficientas. 7.Termodinaminės medžiagų savybės. 7.1 Vandens garas, pagrindinės savokos. Skysta ir dujinė medžiagos fazė. Vanduo labai paplitęs gamtoje, pigus, turi geras termines savybes, neagresyvus aplinkai. Garas – tai realios dujos kurių temperatūra mažesnė už kritinę. Garinimas yra skysčio virtimas garu (tai procesas, vykstantis skysčio paviršiuje, kai skystis virsta garu). Virimas – skysčio garavimo procesas, vykstantis visoje skysčio masėje. Šildomo skysčio temperatūra kyla, garavimo intensyvumas didėja. Pašildytas iki vadinamos virimo temperatūros skystis užverda, garuoja jo visa masė. Kai skystis verda, susidaro pastovus slėgis ir visa skysčio teikiama šiluma naudojama skysčiui garinti ir temperatūra šiame procese išlieka pastovi. Procesas yra izobarinis ir izoterminis. Kuo aukštesnis slėgis, tuo aukštesnė virimo temperatūra. Kondensacija – garinimui atvirkštinis procesas. Kondensuojantis garas atiduoda šilumą, gautą garinimo procese. Jei kondensacija vyksta p=const, tai ir T=const. Sotus garas – tai garas, kuris yra dinaminėje pusiausvyroje su skysčiu iš kurio jis susidarė. Sausas sotus garas – tai garas, kuris susidaro baigiant išgaruoti visam skysčiui, jį apibūdina vienas parametras (V“...). Drėgnas sotus garas – tai nepabaigto garinimo ar kondensacijos proceso produktai. Tai sausojo sotaus garo ir vandens lašelio mišinys. Drėgnojo sočiojo garo būsena apibūdinama slėgio ir sausumo laipsniu. Skysčio dalelių kiekis drėgname ore vad. drėgnumo laipsniu, žymimas raide y. Sausojo sočiojo garo dalis drėgname gare vad. drėgno garo sausumo laipsniu, žymima x. x+y=1 (100%). Perkaitintas garas, kurio temperatūra aukštesnė už to paties slėgio sausojo sočiojo garo temperatūrą, t.y. pašildom sotųjį garą. Šaldamas perkaitintas garas iš pradžių nesikondensuoja, kol nevirsta sausu sočiu garu. Parametrai – slėgis ir temperatūra. Sublimacija – kaitinamos kietos medžiagos virtimas dujomis. 7.2 Vandens garo susidarymas. Vandens garas – tai natūrali medžiaga. Jei vanduo yra naudojamas iš gręžinių, tai jis mažai užterštas. Tačiau vanduo yra ir chemiškai valomas, iš didesnių įrenginių. Vanduo turi geras termodinamines savybes. Galima gauti didelę energiją. Vanduo ir įvairių jo būsenų parametrai turi sutartinius indeksus: 1.Vanduo 00C temp., V0, T0, h0, S0; 2.Verdantis vanduo.V‘, Ts, P‘(ps), S‘, h‘; 3.Sausas sotus garas. V“, T“, S“, h“; 4.Drėgnas sotus garas. Vx, Sx, hx; 5.Perkaitintas garas – (be indeksų). 7.3 Garo būklės parametrų nustatymas. 1.skystis – suspaudžiamas nežymiai ir jo parametrams įtaka nežymi, ir į tai neatsižvelgiama. Atskaitos tašku pasirenkamas trigubas taškas, kur U0=0; h0=0; S0=0. 2.Verdantis skystis – verdančio skysčio būseną apibūdiname vienu parametru. Ps(p‘) arba Ts. Pagal p ir T lentelėse atrasime visus kitus parametrus. Jei vandenį šildome nuo 0 laipsnių iki virimo, tai: qsk=h’-h0=h‘.Vidinė energija, kai x=0: u‘≈h‘ . 3.Sausas sotus garas apibūdinamas vienu parametru ps arba Ts. u“=h”-pv’. Slaptoji garavimo temperatūra: g=r. 4.Drėgnas sotus garas charakterizuojamas sausumo laipsniu ir temperatūra, arba sausumo laipsnis ir slėgis: (x,Ts) arba (x, ps). Savitasis tūris: . Entalpija: . Vidinė energija: . Entropija: . 5.Perkaitintas garas – apibūdinamas 2 parametrais – slėgiu ir temperatūra. arba . ; . 7.4 Garų būsenos kitimo procesai. Galimi 3 atvejai: 1)Visas procesas vyksta drėgnų sočių garų srityje. 2)Procesas vyksta perkaitintų garų srityje. 3)Procesas vyksta iš dalies drėgnų sočių ir iš dalies perkaitintų garų srityje. Praktikoje dažniausiai sutinkamas 3 atvejis. Pradinius ir galinius garų parametrus, t.y šilumos kiekį, darbą, vidinės energijos pokytį galima nustatyti trim būdais: 1)Analitiškai, 2)Naudojantis lentelėmis, 3)Grafiškai, pagal diagramas. Paprastai visiems procesams u pokytis skaičiuojamas taip: , , . 1)v=const; q1=ΔU; a=0; 2)p=const; ; ; 3)T=const; ; a=ΔU-q; 4) =const; q=0; a=ΔU. 7.5 Drėgnas oras, jo parametrai, būsenos lygtys, procesai. 1N-21% O2 ir 79% N2; 1kg – 23%O2 ir 77%N2. 1kg drėgno oro – 23,12% O2, 75.86% N2, 0.05% CO2, 0.07% H2O, 0.89% Ar. Oras savo sudėtyje neturintis vandens garų vadinamas sausu oru. Sauso oro ir vandens garo mišinys vadinamas drėgnuoju oru. Drėgnas oras kaip šilumnešis plačiai naudojamas oro kondicionavimo sistemose. Drėgname ore esantis vandens garas turi mažą parcialinį slėgį ir dažniausiai yra perkaitinto garo būsenoje. Todėl šie garai gali būti laikomi idealiosiomis dujomis ir jiems taikyti visus idealiųjų dujų dėsnius. Drėgnas garas yra atmosferinio slėgio. Pagal Daltono dėsnį: ; - sauso oro slėgis, - vandens garo slėgis. Oras gali būti vandens garais arba drėgme neprisotintas, prisotintas ir persotintas. Neprisotintas drėgme oras yra sauso oro ir perkaitinto vandens garo mišinys. Prisotintas drėgme oras yra sauso oro ir sausojo sočiojo vandens garo mišinys. Persotintas drėgme oras yra sauso oro ir drėgnojo sočiojo vandens garo mišinys. Drėgnojo oro parametrai: 1.Absoliutinis drėgnis ρvg; 2.Santykinis drėgnis φ; 3.Drėgnis d; 4.Drėgnojo oro tankis ρ; 5.Savitoji konstanta-R; 6.Savitoji šiluma Cp; 7.Drėgno oro entalpija h,(H); 8.Rasos taškas tr . 9.Temperatūra pagal šlapią termometrą tšl. 1)Absoliučiuoju drėgno oro drėgniu vadiname vandens garo masę, esančią 1m3: ; [kg/], - vandens garų masė. ; - vandens garų parcialinis slėgis. 2)Santykinis oro drėgnis yra faktiškai ore esančios drėgmės ir maksimaliai galimos drėgmės kiekio santykis: ; - drėgno oro faktiškas absoliutus drėgnis išreikštas tankiu, - tai max galimas absoliutus drėgnis, išreikštas sausojo sočiojo garo tankiu. Kai: -oras neprisotintas drėgme. - oras prisotintas drėgme. - oras persotintas drėgme. 3.Oro drėgnis yra išreiškiamas drėgname ore esančio vandens garo ir sauso oro masių santykiu: . (d, ,h)-skaičiuojami 1kg sauso oro, t.y tokiam drėgno oro kiekiui, kuriame yra 1kg sauso oro plius drėgnis (d): . 4)Drėgno oras – tai suma sauso oro ir vandens tankių: . 5)Savitoji konstanta: ; - mole. masė, - tūrinė dalis. 6)Drėgno oro savitoji šiluma: . 7)Drėgno oro entalpija: ; gali būti skaičiuojama: . Rasos taško temperatūra , tai tokia temp. iki kurios reikia izobariškai atšaldyti neprisotintą drėgme orą, kad jis taptų prisotintu. T.y drėgname ore esantis perkaitintas vandens garas virstu sausu sočiuoju vandens garu. Oro temperatūra pagal šlapią termometrą . Orui susisiekiant su vandens paviršiumi, tarp jų vyksta šilumos ir masės mainai, jei jų temperatūros ir vandens garų parcialiniai slėgiai skiriasi. Kai iš oro gaunamos šilumos kiekis taps lygus vandens garavimui, sunaudojamai šilumai nusistovės pastovi vandens temperatūra, arba temperatūra pagal šlapią termometrą. Sprendžiant džiovinimo kondicionavimo,šaldymo uždavinius patogu naudotis Hd diagramomis. 8.Tiesioginiai ciklų taikymas. 8.1 šiluminių variklių ciklų pobūdis. Ciklai yra tiesioginiai uždarieji ciklai. Pagal šilumos suteikimą darbo kūnui šilumos varikliai skirstomi i dvi grupes: 1)Vidaus degimo varikliai (VDV); 2)Išorės degimo varikliai. Vidaus degimo varikliais vadinami stūmokliniai šiluminiai varikliai, kuriuose skystis arba dujinis kuras deginamas variklyje. O šiluma išsiskyrusi degimo procese paverčiama mechaniniu darbu. Šie varikliai kompaktiški, greitaeigiai, greitai paleidžiami, lengvi. Jų naudingo veikimo koeficientas aukštas, varikliui nedirbant kuras nenaudojamas. a)stūmokliniai v.d.v. b)dujų turbinos, c)reaktyviniai varikliai. Išorės darbo varikliuose šiluma suteikiama darbo kūnui degimo procese. Šiai grupei priklauso garo mašinos ir garo turbinos. Darbo kūnas yra garas, gaminamas garo generatoriuje (garo katile) ir toliau tiekiamas į variklį. Termodinaminės analizės metu visi šie ciklai yra idealizuojami. Realiems ciklams yra taikomos tam tikros prielaidos t.y.laikoma, kad cikle naudojamos idealios dujos, realūs procesai su trintimi ir deformacijomis yra pakeičiami grįžtamaisiais procesais, neuždari ciklai yra laikomi uždarais, darbo kūnas yra 1kg. Ciklai: 1) Greito degimo arba izochorinio šilumos tiekimo ciklas (Oto ciklas); 2) Lėto degimo arba izobarinio šilumos tiekimo ciklas (Dyzelio); 3) Mišraus degimo arba mišraus šilumos tiekimo ciklas (Trinklerio). Charakteristikos: 1)suslėgimo laipsnis ; dujų pradinio ir suslėgto tūrio santykis; 2)Slėgio padidėjimo laipsnis – tai izochorinio degimo pabaigos ir pradžios slėgių santykis: ; 3)Izobarinio išsiplėtimo laipsnis – tai tūrių pabaigoje ir pradžioje santykis izobarinio degimo procese: . 8.2 Greito degimo VDV ciklas Šiuo ciklu dirbančių variklių kuras yra dujos arba lengvas skystas kuras (žibalas, benzinas). Degusis mišinys yra sudaromas karbiuratoriuje iš skysto kuro ir oro. 1-2 adiabatinis procesas (suslėgimas) 2-3 izochorinis procesas (degimas) 3-4 adiabatinis procesas (išsiplėtimas) 4-1 izochorinis procesas (degimo produk. išmetimas i aplinką) ; ; . Įstatome reikšmes: . 1-2 procesas: ; , taigi . 2-3 procesas: ; , taigi . 3-4 procesas: ; ; ; ; įstate gauname galutinai: ; . priklauso nuo suslėgimo laipsnio ir nuo darbo kūno rūšies. Didėja jiems didėjant. Beje, . Suslėgimo temperatūra T2 mažesnė už savaiminio kuro užsidegimo temperatūrą. 8.3 Lėto degimo vidaus degimo variklio ciklas. Suslėgimo laipsnį galime padidinti jei suslėgsime tik orą. Kurą įpurkšime tik įpurškimo pabaigoje. Šiame cikle nereikalingas nei karbiuratorius, nei uždegimo sistema. Variklio kuras yra dyzelinis kuras. 1-2 adiabatinis procesas (suslėgimas) 2-3 izobarinis proc. (degimo) 3-4 adiabatinis proc. (degimo produk.. issiplėtimas) 4-1 izobarinis proc. (degimo produk išmetimas i aplinką) ; . ; . 1-2 procesas: ; 2-3 procesas: ; ; ; 3-4 procesas: . Jeigu sustatome reikšmes į , gauname: . Ciklo ekonomiškumas didėja didinant ir mažinant . gali siekti iki 20. 8.4 Mišraus degimo variklio ciklas. Visų šiuolaikinių dyzelinių variklių ciklas yra mišrus (Trinklerio ciklas). Turi du esminius trukumus: konstrukcijos sudėtingumas ir nedidelis ekonomiškumas.1904m. Trinkleris pasiūlė mišrų ciklą, kuriame oras ir degalai suslegiami atskirai. Oras suslegiamas variklio cilindre, degalai – specialiame degalų siurblyje. Suslėgti degalai iš siurblio purkštuvu įpurškiami į cilindrą taip, kad maža jo dalis sudegtų staigiai izochoriškai, o didesnė – izobariškai. 1-2 adiabatinis proc. (oro suslėgimas) 2-3 izochorinis (degimo procesas) 3-4 izobarinis (degimo procesas) 4-5 adiabatinis (degimo produk. išsiplėtimas) 5-1 izochorinis (degimo produk. išmetimas) ; ; ; ; ; ; . Tuomet: . Šio ciklo ekonomiškumas didėja, didėjant  ir , mažėjant . 8.5 Vidaus degimo variklių ciklų efektyvumo palyginimas. 8.6 Dujų turbinų ciklai: izobarinio ir izochorinio šilumos tiekimo. Trūkumas stūmoklinių variklių tas, kad degimo produktai negali išsiplėsti iki atmosferinio slėgio ir dėl to prarandama dalis galimo plėtimosi darbo. Iki atmosferiniai slėgio degimo produktai išsiplečia rotaciniuose varikliuose, kur stūmoklio slankiojamasis judesys pakeistas sukamuoju (rotaciniu). Turbinų galia yra didesnė už stūmoklinių variklių, šie varikliai naudojami aviaciniuose turbosraigtiniuose ir turboreaktyviniuose skraidymo aparatuose. Darbo kūnas – tai specialiose degimo kamerose gautos aukšto slėgio dujos.Turbinų tūtose dujos plečiasi ir jų slėgis verčiamas į greitį. Dideliu greičiu dujos teka darbo menčių kreiviniais kanalais, kuriuose srauto kinetinė energija naudojama turbinos rotoriui sukti. Toliau judesys perduodamas elektros generatoriui ar kitam varomam mechanizmui, kaip ir vidaus degimo variklių degimas dujų degimo cikle gali būti izobarinis, izochorinis ciklas. Todėl galimi 2 turbinų ciklai: izobarinis ir izochorinis. Izobarinis dujų turbinų ciklas (p=const). I-turbo kompresorius II-degimo kamera III-tūta IV-turbinos mentės V-rotorius VI-elektros generatorius VII-degalų siurblys 1-2 adiabatinis (izoterminis) procesas 2-3 izobarinis degimo procesas 3-4 duju išsiplėtimas adiabatiškai 4-1 izobarinis degimo procesas (išmetimas) a – proceso metu turbinos sunaudotas darbas Suslėgimo laipsnis: 1); ; 2). ; ; . Įstatę gauname: . Dujų izobarinio degimo ciklo terminio naudingumo koeficientas priklauso nuo oro suslėgimo laipsnio turbokompresoriuje ir nuo naudojamo kuro. Viršutinė oro suslėgimo riba priklauso nuo degimo produktų, patenkančių ant turbinos menčių, temperatūros, nes jai labai pakilus yra sunkesnės rotoriaus menčių darbo sąlygos. Dujų turbinų izochorinis ciklas (V=const). Kai kuras ir suspaustas oras patenka į degimo kamerą, užsidaro visi trys vožtuvai, nuo elektros kibirkšties užsidega degusis mišinys, vyksta degimas esant pastoviam tūriui. a21b – darbas kompresoriuje, a34c – darbas tūtose. 1-2 adiabatinis 2-3 izochorinis kuro degimas 3-4 degimo produktų išsiplėtimas tūtose adiabatiškai 4-1 išmetimas ; . ; . Duju turbinos dirbant prie v=const, max temperatūra įrenginiuose ypač svarbi, nes ji turi įtaką terminiam naudingumo koeficientui lyginant su dujų turbina, dirbančia prie pastovaus slėgio. 8.7 Reaktyvinių variklių ciklai. Reaktyvinių variklių paskirtis – sukurti jėgą, kuri būtų panaudota skraidymo aparato judėjimui erdvėje, ši jėga vadinama traukos jėga arba tiesiog trauka, žymima P. ; -degimo produktu masinis debitas, Cišm- ištekėjimas iš tūtos m/s, Ca- skraidymo greitis(m/s). . Reaktyviniai varikliai yra skirstomi: 1.Oro reaktyviniai- degimui reikalingas deguonis ir oro deguonis jie skirstomi i a) kompresoriniai o sis dar ir i turboreaktyviniai; b)bekompresoriniai o šie dar į tiesiasroviai ir pulsuojantys. 2.Raketos-degimui reikalingas deguonis randasi pačiame skraidymo aparato viduje. Jie skirstomi i skysto kuro, kieto kuro, kitokius. Turboreaktyviniai varikliai. Paprastai tai yra iki garsinis aparatas 600km/h. 1-1‘-2 adiabatinis (bet gali būti ir politropinis) 2-3 izobarinis procesas (oro suslėgimas) 3-4 adiabatinis (degimo produktų išsiplėtimas turbinoje) 4-5 adiabatinis (degimo produktų išsiplėtimas tūtoje) 5-1 izobarinis (degimo produktų išmetimas) . Bekompresoriniai tiesiasroviai - slėgis difuzoriuje padidėja tiek, kad nebereikia kompresoriaus , o tuo pačiu ir turbinos. 8.8 Raketiniai varikliai. Kuriuose naudojamas cheminis kuras yra skirstomas: 1. Varikliai naudojantys kieta kurą; 2. Raketiniai varikliai naudojantys skysta kurą. Pagrindinė skysto kuro raketos variklio dalis yra kamera su tūta ir aušinimo apvalkalu. Į degimo kamerą specialiais siurbliais skystas kuras iš talpos vamzdynais per degiklius paduodamas į degimo kamerą. Skysta medžiaga reikalinga degimui, tai iš talpos kitais vamzdynais per degiklius taip pat paduodamas į degimo kamerą. Šios dvi medžiagos yra du komponentai skysto raketinio kūno. Talpa skirta turbinos darbo kūnui, kuris per reaktorių priverčia suktis turbiną. Skysto kuro tūris labai mažas, lyginant su degimo produktų tūriu. Be to, kuras kaip skystis praktiškai nesuspaudžiamas slėgių intervale. Todėl procesas 1-2 kuris yra suslėgimo procesas ir kuro padavimo i degimo kamerą procesas, idealiame cikle sutampa su ordinate 1-2. Degimo kameroje kuras sudega pastoviam esant slėgiui, 2-3 procesas, kai darbo kūnas gauna šilumą q1. Toliau degimo produktai tūtoje plečiasi adiabatiškai, 3-4 procesas. Šilumos atidavimas aplinkai vyksta esant pastoviam slėgiui, procesas 4-1. Kieto raketinio kuro tabletės talpinamos pačioje degimo kameroje. Degimui reikalingas deguonis yra pačiose kuro tabletėse, bet iki užsidegimo tarp savęs nereaguoja. Užsidegus kietam kurui susidaro degimo produktai, kurie per tūtą išsiveržia iš variklio labai dideliu greičiu ir sudaro reaktyvinę trauką.

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!