Термодинамика. Техническая термодинамика изучает законы взаимного превращения тепловой и механической видов энергии и основы создания рациональных тепловых машин

Техническая термодинамика изучает законы взаимного превращения тепловой и механической видов энергии и основы создания рациональных тепловых машин. В практике пожарного дела основные положения технической термодинамики позволяют выяснить существо технологических процессов и их пожарную опасность.

Прежде чем приступить к изучению термодинамики, необходимо привести в систему основные сведения о свойствах рабочих тел и главное – идеальных газов. Необходимо усвоить основные законы идеальных газов, уравнение состояния, определение газовой постоянной, понятия и законы, связанные со смесями идеальных газов, наиболее часто встречающимися в практике пожарного дела. Следует разобраться в определениях, основных формулах и расчетах, связанных с теплоемкостью газов и газовых смесей. Затем нужно перейти к рассмотрению основных термодинамических процессов, научиться применять их уравнения для определения безопасных параметров рабочих тел в технологических процессах производств.

После усвоения этих понятий можно переходить к изучению двух основных законов термодинамики. Первый – закон сохранения и превращения энергии. Необходимо понять и запомнить его математическое выражение, разобраться во вводимых здесь понятиях внутренней энергии, энтальпии и работы изменения объёма термодинамической системы, усвоить разницу между функциями состояния и протекания процесса.

Второй закон термодинамики указывает направление энергетических процессов и условия превращения теплоты в работу. Он может быть выражен несколькими формулировками, подчеркивающими различные стороны закона. Наиболее простой из них является постулат Клаузиуса об одностороннем направлении самопроизвольного теплового потока (от горячего тела к холодному). Важное значение имеет и формулировка о невозможности полного превращения теплоты горячего источника в работу в непрерывно действующей машине. Это положение подводит к необходимости изучения круговых процессов (циклов) и критериев их эффективности.

Далее следует изучить цикл Карно как наиболее эффективный в заданном интервале температур (Т₁ и Т₂) и понятие энтропии как меры необратимости процессов, энергетической ценности теплоты, меры неупорядоченности системы микрочастиц.

Изучив первый и второй законы термодинамики, термодинамические процессы, следует перейти к изучению основных свойств реальных газов, уравнения Ван-дер-Ваальса, различных агрегатных состояний, критического состояния вещества. В дальнейшем подробно рассматривается водяной пар как основное рабочее тело современной энергетики и как рабочее тело при объемном пожаротушении. Надо разобраться в закономерностях парообразования при различных давлениях, фазовых состояниях воды, в определении основных параметров пара по таблицам и диаграммам.

При изучении адиабатного истечения газов и паров прежде всего необходимо усвоить основной закон, по которому увеличение кинетической энергии рабочего тела равно уменьшению его энтальпии. Дальнейший расчет для газов и паров ведется различно: для газов аналитически, для паров с помощью s_l - диаграммы.

Следует рассмотреть физический смысл критического режима истечения и уяснить, что в сопле Лаваля можно получить скорость больше критической. Изучить основы адиабатного дросселирования и возможные изменения параметров реального газа в этом процессе в зависимости от температуры инверсии. Далее необходимо изучить принцип сжатия газов и паров (циклы компрессоров) и три теоретических цикла поршневых двигателей внутреннего сгорания, циклы газотурбинных и паротурбинных установок. В заключении – циклы холодильных установок. Следует усвоить определение холодильного коэффициента паровой компрессорной установки и относительного коэффициента теплового насоса – перспективного устройства для отопления помещений.