Цели и задачи, основные разделы дисциплины

Целью преподавания дисциплины является закрепление у студентов знаний в области термодинамики и ее практических приложений

Дисциплина «Математическое моделирование циклов ДВС» включает следующие основные разделы:

1) Основные положения технической термодинамики.

2) Термодинамика теплосиловых установок.

Основной задачей изучения дисциплины является обучение: методам расчётов различных термодинамических процессов, анализу эффективности функционирования теплосиловых установок.

Краткая историческая справка

1) Молекулярно-кинетическое представление о строении вещества и природе теплоты: англичане Роберт Гук (1665 г.), Роберт Бойль (1662 г.), Д. Локк (1770г.); члены российской академии наук Леонард Эйлер. Даниил Бернулли. М.В. Ломоносов, Георг Вильгельм Рихман и др.

2) Закон сохранения и превращения энергии: М.В. Ломоносов (1720 г.), Юлиус Роберт Майер (1842 г.), Герман Гельмгольц, Джеймс Прескотт Джоуль.

3) Второй закон термодинамики: Рудольф Юлиус Клаузиус (1850 г.), Ф. Энгельс. Томсон В. и др.

4) Общая теория преобразования тепла в работу: Саади Карно, Вильям Ранкин; русские и советские учёные: Н.И. Мерцалов, А.А. Радцинг, А.В. Раковский, М.П. Вукалович, А. А. Тухман, B.C. Жуковский.

5) Термодинамика рабочего тела переменной массы: первые попытки Резаль, К.И. Страхович, законченная теория - Мамонтов М.А.

Техническая термодинамика, цели, задачи и методы исследования

Техническая термодинамика ТТД - это наука, которая занимается исследованием закономерностей преобразования тепла в работу.

Основная цель исследования - определение условий наиболее полного преобразования располагаемого тепла в работу.

Основные задачи, решаемые в ходе исследования:

- определение свойств рабочего тела, описание его состояния и процессов изменения состояния;

- установление количественных соотношений между подводимым теплом и получаемой работой в различных термодинамических процессах;

- определение принципиальной структуры тепловой машины;

- определение эффективности преобразования тепла в работу при различной организации процессов в тепловой машине;

- выработка рекомендаций по повышению эффективности преобразования тепла в работу.

Основные понятия технической термодинамики

ТТД не рассматривает какие-либо конкретные тепловые двигатели, а изучает только количественные соотношения между подводимым теплом, получаемой работой и изменением состояния термодинамической системы, преобразующей тепло в работу.

Термодинамическая система (ТС) - sto совокупность макроскопических тел, взаимодействующих между собой и окружающей средой.

Каждая ТС может быть условно представлена рядом подсистем, для каждой из которых все остальные будут являться окружающей средой.

Любая ТС может иметь три вида взаимодействия с окружающей средой: тепловое, механическое и материальное.

Тепловое взаимодействие имеет место при наличии разности температур между рассматриваемой системой и окружающей средой (телами). Мерой этого взаимодействия является количество переданной энергии - тепла Q .

[Q]=Дж

Механическое взаимодействие имеет место при перемещении граничных тел, когда одна ТДС совершает работу под другой. Мерой механического взаимодействия является количество совершённой работы L.

[L] =Дж

Материальное взаимодействие имеет место при обмене веществом между различными ТДС и связанной с этим веществом энергией. Мерой материального взаимодействия является количество переданного вещества миграционной энергии.

Обозначения: количество переданного вещества - Y

количество переданной энергии - Z

Закрытая ТДС - ТДСне имеющая материального взаимодействия с окружающей средой. Исследование закрытых ТДС позволяет установить все основные закономерности преобразования тепла в работу и дать основные рекомендации по повышению эффективности преобразования.

В дальнейшем, если не будет специально оговорено, будут рассматриваться только закрытые ТДС.

Адиабатическая ТДС - закрытая ТДС не имеющая теплового взаимодействия с окружающей средой.

Изолированная ТДС - адиабатическая ТДС не имеющая механического взаимодействия с окружающей средой.

Одной из главных ТДС участвующих в преобразовании тепла в работу является рабочее тело.

Рабочее тело - это определенное количество газа или пара, которое при определённых условиях способно совершать работу.

Основной метод термодинамики - теоретическое построение аналитического аппарата на основе очень небольшого числа основных экспериментально найденных законов или начал.

Первый закон - всеобщий закон сохранения и превращения энергии, открытой великим русским учёным М.В.Ломоносовым. Применительно в к ТДС закон был впервые сформулирован Юлиусом Робертом Майером в 1842 году.

Второй закон - характеризует направление протекающих в окружающей нас природе макроскопических процессов. Имеет много формулировок.

Одна из частных формулировок 2-го закона ТТД: "Тепло не может самопроизвольно переходить от холодного тела к горячему".

При изучении ТТД мы будем отвлекаться от молекулярной и атомарной структуры вещества, а скрытое или тепловое движение этих частиц будем характеризовать известной величиной - температурой.

Введение понятия температуры является очень важным положением, и его часто представляют как нулевой закон термодинамики, и формулируют в виде аксиомы: "Все тела теплового равновесия характеризуются одинаковой температурой".