Жылу техникасы



жүктеу 382.72 Kb.
бет1/3
Дата24.09.2017
өлшемі382.72 Kb.
  1   2   3


Д.Серікбев атындағы ШЫҒЫС ҚАЗАҚСТАН МЕМЛЕКЕТТІК ТЕХНИКАЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ




БЕКІТЕМІН

«Көлік және логистика» кафедрасының меңгерушісі ______________В.Н. Вдовин _______ ______________2013 ж




ЖЫЛУ ТЕХНИКАСЫ

050713 «Көлік, көлік техникасы және технологиялар» мамандығы
ДӘРІСТЕР

Өскемен


2013

Дәріс №1
ДЕНЕ КҮЙІНІҢ НЕГІЗГІ

ТЕРМОДИНАМИКАЛЫҚ ПАРАМЕТРЛЕРІ
Жылу техникасы пәні әртүрлі жылу машиналарында жылу және жұмыстың өзара түрлену процестерін зерттейді.

Жылу қозғалтқыштарында жылудың жұмысқа түрленуі жұмыстық дененің көмегімен жүзеге асырылады. Іштен жану қозғалтқыштарында және газотурбиналық қондырғыларда қаралатын процестерде жұмыстық дене ретінде газ алынады. Бу қозғалтқыштарындағы процестерде жұмыстық дене ретінде газ күйінен сұйық және сұйық күйінен газ күйіне лезде айналатын бу алынады.

Дененің физикалық күйін сипаттайтын шамалар күй параметрлері деп аталады.

Күй параметрлері деп келесі шамаларды айта аламыз: меншікті көлем, абсолют қысым, абсолют температура, ішкі энергия, энтальпия, энтропия, концентрация, изохоралық-изотермиялық потенциал тағы с.с.

Жылу техникасында біртекті дененің күйі үш параметрмен анықталады: меншікті көлем, абсолют температура және абсолют қысым.

Осы негізгі үш параметрлер бір бірімен математикалық тәуелділікпен байланысқан.



Меншікті көлем. Біртекті заттың меншікті көлемі – көлемнің массаға қатынасымен анықталатын шама

Меншікті көлем (, м3/кг) – бірлік массаның көлемі.



(2.1)

мұнда V – кез-келген мөлшердегі заттың көлемі, м3;



т – осы дененің массасы, кг.

Меншікті көлемге кері шама тығыздық деп аталады (, кг/м3); немесе бірлік көлемдегі заттың массасы



(2.2)

Қысым дегеніміз бетке әсер ететін күштің (күштің нормаль құраушысы) осы беттің ауданына қатынасымен анықталатын шама , Па=Н/м2)



мұнда Fн - күштің нормаль құраушысы, Н;

S - әсер ететін күшке нормаль беттің ауданы, м2.

Халықаралық бірліктер жүйесіне (СИ) сәйкес бір шаршы метрге түсетін меншікті қысым Ньютонмен (Н/м2) өлшенеді. Қысымның бұл өлшем бірлігі Паскаль (Па) деп аталады. Бір мегапаскаль 106 Па тең (1 МПа= = 106 Па).

Техникада осы кезге дейін меншікті қысымның ескі өлшем бірлігі қолданылады, ол техникалық атмосфера (ат) - 1 см2 ауданға әсер ететін 1 кгс күш.

1 ат = 1 кгс/см2 = 104 кгс/м2 = 9,81- 104 Н/м2 = 0,981 бар; 1 бар = 1,01972 кгс/см2.

Қысымның түрлері: атмосфералық, артық және вакуум (сиретілген). Теңіз деңгейіндегі атмосфералық ауаның қысымы атмосфералық қысым деп аталады. Атмосфералық қысымның шамасы ретінде 760 мм сынап бағанасына тең қысым қабылданады (бір физикалық атмосфера – атм деп белгіленеді). Сонымен, атм = 760 миллиметр сынап бағанасы (мм. сын.бағ.).

Егер қысым атмосфералық қысымнан үлкен болса – артық, ал кіші болса – вакуум (сиретілген) деп аталады.

Қысымды өлшеу үшін манометрлер, атмосфералық қысымды – бараметрлер, вакуум (сиретілген) - вакуумметрлер қолданылады.

Тек ғана абсолют қысым дене күйінің термодинамикалық параметрі болып табылады, ол қысымның абсолют нолінен немесе абсолют вакуумнен бастап саналады.

Техникада қысымды өлшеу үшін абсолют (толық) қысымды емес, абсолют және атмосфералық (бараметрлік) қысымдар айырымын өлшейтін аспаптар қолданылады. Атмосфералық қысымнан үлкен қысымдарды өлшеуге арналған аспаптар манометрлер деп аталады. Манометрлер атмосфералық қысымнан артық қысымды өлшеу үшін қолданылады.

Абсолют қысым төмендегі өрнекпен анықталады



мұнда В – атмосфералық немесе бараметрлік қысым.

Атмосфералық қысымнан төмен қысымдарды өлшеу үшін вакуумметрлер қолданылады. Вакуумметрлер қоршаған ортының абсолют қысымы атмосфералықтан қаншалықты төмен екенің көрсетеді. Атмосфералық қысымға дейін жетпейтін қысым вакуум деп аталады.


Температура (Т, К) – дененің қызу дәрежесін сипаттайтын шама, ол молекулалардың ілгерілемелі қозғалысының кинетикалық энергиясының орташа мөлшерімен анықталады. Молекулалар қозғалысының орташа жылдамдығы неғұрлым артық болса, соғұрлым дененің температурасы артық болады.

Молекулалардың ілгерілемелі қозғалысының орташа кинетикалық энергиясымен mw2/2 нақты газдың абсолют температурасының Т арасындағы өзара байланыс




мұнда m - молекуланың массасы;

w2 - молекулалардың ілгерілемелі қозғалыс

жылдамдығының орташа квадраты;

k= 1,38*1023 Дж/К – Больцман тұрақтысы.
Қазіргі кезде екі температуралық шкала қолданылады.


  1. Халықаралық тәжірибелік температуралық шкала Цельсия (°С), негізгі қадабелгі нүкте ретінде мұздың еру нүктесі қабылданған (t0 =0 С) қалыпты атмосфералық қысымда 0= 760 мм сын. бағ.) және судың қайнау температурасы сол қысымда - tk=100 °С.

  2. Термодинамиканың екінші заңына негізделген температураның термодинамикалық шкаласы.

T=0К=-273,150С есептеу басы. Температураны Кельвинмен (К), сол сияқты градус Цельсиямен (°С) де өлшеуге болады.

Осы температуралардың арасындағы байланыс:





(2.5)
Абсолют температура күй параметрі болып табылады.

Абсолют температура – тек оң шама. Температураның абсолют нөлінде (T=0К= -273,15°С) молекулалардың жылу қозғалысы тоқтайды. Температураның абсолют нөлі қол жетпейтін шама, өйткені молекулардың жылу қозғалысы материяның тән қасиеті, қозғалыстың тоқтауы материяның сақтау заңына қайшы келеді.

ЖЫЛУ МЕН ЖҰМЫС

Термодинамикалық процес кезінде денелердің энергиясы өзгереді. Бір денеден екінші денеге энергияның берілуі екі тәсілмен өтеді.



Бірінші тәсіл: температуралары әртүрлі денелер тікелей түйіскен кезде денелердің молекулалары арасында кинетикалық энергияның алмасуы арқылы немесе сәуле шығарушы денелердің ішкі энергиясын электромагниттік толқындар арқылы сәулелік тасымалдау. Осы кезде энергия температурасы жоғары денеден температурасы төмен денеге беріледі, яғни молелулаларының орташа кинетикалық энергиясы көп денеден молелулаларының орташа кинетикалық энергиясы аз денеге беріледі.

Бірінші тәсілмен бір денеден екінші денеге берілген энергия мөлшері жылу мөлшері, ал тәсіл – жылу түрінде энергияның берілуі деп аталады. Дененің жылу түрінде алған энергия мөлшері жеткізілген жылу, ал жылу түрінде денемен берілген энергия мөлшері – алынған жылу деп аталады.

Жылу джоуль немесе килоджоулмен өрнектеледі. Жылу мөлшері - Q, ал меншікті (1 кг үшін) – q белгіленеді. Жеткізілген жылу - оң, алынған жылу – теріс болады.

Екінші тәсіл: энергия берілісінің екінші тәсілі күштік өрісі немесе сыртқы қысыммен байланысты. Бұл тәсілмен энергия берілісі болу үшін дене күштік өрісте қозғалуы, немесе сыртқы қысымның әсерінен өз көлемін өзгертуі қажет.

Бұл тәсіл жұмыс түрінде энергияның берілуі, ал процесте берілген энергияның мөлшері - жұмыс деп аталады.

Жұмыс түрінде денемен алынған энергия мөлшері жасалған жұмыс, жұмыс түрінде берілген энергия – дененің жұмсаған жұмысы деп аталады.

Жұмыс джоуль немесе килоджоулмен өрнектеледі. Денемен жұмсалған жұмыс – оң, ал дененің жасаған жұмысы – теріс болады.

Жұмыс түрінде берілген энергияның мөлшері - L, ал меншікті - l деп белгіленеді.


§ 2.4. КҮЙ ТЕНДЕУІ

Қысым, температура және меншікті көлем араларындағы байланысты белгілейтін теңдеу күй теңдеуі деп аталады. Оның жалпы түрі



(2.6)

Егер жүйенің бір параметрі тұрақты болса, онда екі шама айнымалы болады.

Идеал газдардың күй теңдеуі немесе Клапейро­н теңдеуі алғашқы рет Бойля-Мариотта мен Гей-Люссак pv/T = const заңдарының теңдеулерін біріктіру арқылы алынған. Тұрақты const шаманы R арқылы белгілесек

(2.7)

мұнда R – массасы 1 кг газдың меншікті газ тұрақтысы (Дж/(кг*К).


Бұл теңдеу 1 кг газ үшін, ал m кг газ үшін күй теңдеуінің түрі төмендегідей

(2.8)

мұнда V – газ көлемі, м3.


Идеал газдың күйі теңдеуімен анықталады.

Көптеген нақты газдар аз тығыздық пен жеткілікті үлкен температурада өзінің қасиеті бойынша идеал газдарға жуық, сондықтан оларды есептеу кезде теңдеуінің екі жағын молекулалық салмаққа көбейтеміз.


(2.9)

мұнда V= v - бір моль газдың көлемі.

Бір моль газдың көлемі қалыпты физикалық жағдайда Осы шаманы жоғарыдағы өрнекке қойсақ

(2.9а)

мұнда R – универсаль газ тұрақтысы, барлық газдарға бірдей.

Сондықтан бір моль нақты газдың күй теңдеуі төмендегідей болады

(2.10)

Бұл теңдеу Клапейрон- Менделеев күй теңдеуі деп аталады.


НЕГІЗГІ ГАЗ ЗАҢДАРЫ
Бойля-Мариотта заңы

Газдың температура тұрақты болған кезде Т = const газдың қысымы мен оның меншікті көлемінің арасындағы байланыс Бойля-Мариотта заңы деп аталады




Гей-Люссак заңы

Егер газдың қысымы тұрақты болса Р = const, онда газдың меншікті көлемі мен оның абсолют температурасының арасындағы байланыс Гей-Люссак заңына бағынады



Немесе


Температурасы мен қысымы бірдей газдар үшін келесі теңдеу орын алады



Мұнда газдың молекулалық массасы



болғандықтан

- бір киломоль газдың көлемі.

Қалыпты жағдайда (t=00 C, р=760 мм сын.бағ.) барлық газдардың 1 кмоль көлемі 22,4136 м3/кмоль (жуық шамамен 22,4 м3/кмоль).

Газ тығыздығы қалыпты жағдайда келесі формуламен анықталады

кг/м3

осы формуладан кез келген газ үшін қалыпты жағдайда меншікті көлемді анықтауға болады

м3/кг
Идеал газдың теңдеуі немесе күй теңдеуі негізгі күй параметрлерін – қысым, көлем және температура – бір бірімен байланысын көрсететін теңдеу

- массасы М кг газ үшін

- массасы 1 кг газ үшін

- 1 кмоль газ үшін

р – газдың қысымы, Н/м2



- газдың көлемі, м3

М – газдың массасы, кг



- газдың меншікті көлемі, м3/кг

- 1 кмоль газдың көлемі, м3/кмоль

- 1 кг газдың газ тұрақтысы, Дж/(кг*град)

-1 кмоль газдың универсаль газ тұрақтысы,

Дж/(кмоль*град).


Универсаль газ тұрақтысының шамасы
Дж/(кмоль*град)
1 кг газдың газ тұрақтысы

Дж/(кг*град)
мұнда - 1 кмоль газдың массасы кг (газдың

молекулалық массасы)


Газдың екі түрлі күйін сипаттайтын теңдеуді қолданып бір күйден екінші күйге өткен кезде кез келген параметрді анықтау үшін төмендегідей өрнек алуға болады


Қалыпты жағдайда (t=00 C, р=760 мм сын.бағ.) газдың қысымы мен температурасы берілген болса, онда оның көлемі келесі формуладан анықталады

Формуланың оң жағында барлық шамалар қалыпты жағдайда, ал сол жағында қысым мен температураның еркін шамалары алынған.

Теңдеуді келесі түрде жазуға болады


Кез-келген жағдайда газдың тығыздығың анықтауға болады.

ГАЗ ҚОСПАЛАРЫ


Газ қоспасы ретінде ауаны қарастыруға болады. Оның құрамына азот, оттегі, көмірқышқыл газы, су булары және бір атомды газдар кіреді. Көптеген мәселелерді шешу үшін газ қоспасының негізгі параметрлерін анықтауды үйренуіміз қажет.
Газ қоспасы дегеніміз бір бірімен ешқандай химиялық реакцияға түспейтін жеке газдардың қоспасы. Қоспадағы әрбір газ басқа газдарға тәуелсіз, қоспаның барлық көлемін жалғыз өзі алған жағдайдағы сияқты әрекет етіп, өзінің барлық қасиеттерін толығымен сақтайды. Газ молекулаларының ыдыс қабырғаларына түсіретін қысымы парциальды деп аталады. Қоспа құрамына енетін әрбір жеке газ Клапейрон күй теңдеуіне бағынады, яғни идеал газдарға жатады.

Идеал газдардың газ қоспасы Дальтон заңына бағынады: қоспа құрамындағы жеке газдардың парциальды қысымының қосындысы газ қоспасының жалпы қысымы деп аталады:



где - парциальды қысымдар.


Парциальды қысым – газ жалғыз өзі қоспа құрамындағы мөлшерге, көлемге және температураға тең болатын жағдайдағы қоспаның құрамына кіретін әрбір газ ие болатын қысым.

Газ қоспасының параметрлері Клапейрон теңдеуімен есептеледі



Теңдеудегі барлық шамалар газ қоспасына қатысты.


Газ қоспасы массалық, көлемдік және молярлық үлесте берілуі мүмкін.

Массалық үлес деп әрбір газдың массасының қоспаның жалпы массасына қатынасын айтамыз.



; ; ... ;

мұнда ,,...,- массалық үлестер; ,,..., - әрбір газдың массасы; M – барлық қоспаның массасы.

Массалық үлестердің қосындысы бірге тең


Барлық газдардың қосынды массасы қоспаның массасына тең.

++...+=
Көлемдік үлес деп әрбір газдың парциаль көлемінің газ қоспасының жалпы көлеміне қатынасын айтамыз.
; ; ... ;

Мұнда , , ... , - көлемдік үлестер;



, ,..., - әрбір газдың парциальды көлемдері; V – газ қоспасының көлемі.
Газдың парциальды көлемі деп осы газдың температурасы мен қысымы газ қоспасының температурасы мен қысымына тең болған жағдайда алатын көлемі.

Әрбір газдың парциальды көлемін Бойля-Мариотта заңымен анықтауға болады. Температура тұрақты болған кезде


V1=p1*V/p, V2=p2*V/p,..., Vn=pn*V/p
Осы теңдеулерді қоссақ

Қоспаның құрамындағы газдардың парциальдық көлемдерінің қосындысы газ қоспасының көлеміне тең.

Көлемдік үлестердің қосындысы бірге тең

Массалық үлесті көлемдік үлеске айналдыру үшін келесі формуланы қолданамыз




Көлемдік үлесті массалық үлеске келесі формула арқылы айналдырамыз

Қоспаның тығыздығы келесі өрнектен анықталады



, кг/м3
немесе массалық құрамы белгілі болса



Мольдік үлес деп әрбір газдың зат мөлшерінің газ қоспасының зат мөлшеріне қатынасын айтамыз. Төмендегі қытынасты ескерсек

және

онда


Авогадро заңы бойынша қысымы мен температурасы бірдей болғанда



сондықтан




Массалық және көлемдік үлестердің арасындағы байланыс

Мұнда - әрбір газдың тығыздығы, - газ қоспасының тығыздығы, - әрбір газдың мольдік массасы, М - газ қоспасының мольдік массасы.

Сондай-ақ

Осы екі теңдеуден массалық және көлемдік үлестердің арасындағы байлынысты көрсететін бірнеше теңдеулер алуға болады



*
**

ГАЗ ҚОСПАСЫНЫҢ ГАЗ ТҰРАҚТЫСЫ


Газ қоспасы күй теңдеуіне бағынады
и
** теңдеуінен

және

осыдан



Газ қоспасының меншікті газ тұрақтысы әрбір газдың массалық үлесі мен оның меншікті газ тұрақтысының көбейтінділерінің қосындысына тең.

Қоспаның меншікті газ тұрақтысын анықтау үшін төмендегі теңдеуді қолдануға болады



Қоснаның газ тұрақтысын оның мольдік массасы арқылы анықтауға болады

R=8,314/

Егре де қоспаның көлемдік үлесі берілген болса, онда * теңдеуінен



сондықтан



***

ГАЗ ҚОСПАСЫНЫҢ

ОРТАША МОЛЬДІК МАССАСЫ
Егер қоспаның меншікті газ тұрақтысының шамасы белгілі болса, онда

=8314,2/R

және



Егер қоспа массалық үлеспен берілген болса, онда орташа мольдік масса төмендегідей болады

Егер қоспа көлемдік үлеспен берілген болса, онда *** теңдеуден




ал R=8314,2/ болғандықтан


Газ қоспасының орташа мольдік массасы көлемдік үлес пен қоспа құрамындағы жеке газдардың мольдік массасының көбейтінділерінің қосындысына тең.

ПАРЦИАЛЬДЫ ҚЫСЫМДАР


Газдың негізгі параметрлері белгілі болса оның парциальды қысымы Клапейрон теңдеуінен массалық үлес арқылы анықталады.


Қоспа көлемдік үлес арқылы берілген кезде әрбір газдың парциальдық қысымын анықтау үшін Бойля-Мариотта заңын тұрақты температура кезінде қолданамыз
және
Әрбір газдың парциальдық қысымы газ қоспасының жалпы қысымы мен оның көлемдік үлесінің көбейтінділерімен анықталады.


Достарыңызбен бөлісу:
  1   2   3


©kzref.org 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет