Теоретические основы технической термодинамики

Цели и задачи дисциплины

«Термодинамика» имеет целью изучить законы термодинамики, ознакомить с основными термодинамическими свойствами рабочих тел и теплоносителей теплоэнергетических установок, методами расчета этих свойств, методами расчета и анализа рабочих процессов и циклов теплоэнергетических установок с целью достижения их наивысшей энергетической эффективности.

Краткое содержание дисциплины

Термодинамика Первый закон термодинамики. Техническая термодинамика как теоретическая основа теплоэнергетики. Термодинамическая система и окружающая среда. Равновесные и неравновесные состояния и процессы. Теплота и работа – формы передачи энергии. Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия и энтальпия. Работа расширения. Уравнение первого закона термодинамики для стационарного потока массы.Термодинамические свойства и процессы идеального газа. Уравнение состояния Клапейрона-Менделеева. Молекулярно-кинетическая теория теплоемкости газов. Зависимость теплоемкости идеального газа от температуры. Основные процессы идеальных газов. Политропные процессы и их анализ.Смеси идеальных газов. Расчет термодинамических свойств смеси идеальных газов по свойствам компонентов. Второй закон термодинамики. Формулировки второго закона термодинамики и связь между ними. Процессы обратимые и необратимые. Термодинамические циклы. Термический коэффициент полезного действия цикла теплового двигателя. Цикл Карно и его кпд. Доказательство существования энтропии. Расчет изменения энтропии идеального газа с помощью таблиц. TS–диаграмма и ее свойства. Термодинамические циклы в TS–диаграмме. Возрастание энтропии в изолированной системе. Аналитическое выражение второго закона термодинамики. Эксергия как мера работоспособности системы. Потеря эксергии в необратимых процессах. Статистический характер второго закона термодинамики. Энтропия и термодинамическая вероятность состояния. Третий закон термодинамики.Формулировки и аналитическое выражение третьего закона термодинамики. Гипотеза Планка. Абсолютная энтропия. Следствия третьего закона термодинамики. Реальные газы. Термодинамические свойства реальных газов. PV–диаграмма. Фактор сжимаемости и zp–диаграмма. Фазовая pT–диаграмма. Условия фазового равновесия. Правило фаз Гиббса. Уравнение Клапейрона–Клаузиуса.Вириальное уравнение состояния для умеренно сжатых газов. Уравнение Ван-дер- Ваальса и его анализ.Принцип соответственных состояний и подобие термодинамических свойств веществ. zπ–диаграмма. Водяной пар. Удельный объем, энтальпия и энтропия воды, влажного, сухого насыщенного и перегретого пара. Сверхкритическая область состояния пара. Таблицы термодинамических свойств водяного пара и других веществ. Ts–диаграмма и hs–диаграмма для водяного пара. Расчет процессов для водяного пара. Истечение из сопел, дросселирование. Параметры полного адиабатного торможения. Уравнение механической энергии. Скорость истечения из суживающегося сопла. Максимальный расход и критическая скорость. Зависимость скорости и расхода газа через сопло от отношения конечного и начального давлений. Сопло Лаваля. Истечение с учетом необратимости. Коэффициенты скорости и расхода. Уравнение процесса дросселирования. Дросселирование идеального газа. Процесс дросселирования водяного пара в hs –диаграмме. Температура инверсии. Кривая инверсии. Циклы паротурбинных установок. Принципиальная схема паротурбинной установки, цикл в pv– и TS–диаграммах. Термический КПД цикла. Влияние начальных и конечных параметров пара на термический КПД цикла. Необратимое расширение пара в турбине. Тепловой и энергетический балансы паротурбинной установки. Цикл и схема паротурбинной установки со вторичным перегревом пара; цикл в Ts– и hs–диаграммах. КПД цикла. Регенеративный подогрев питательной воды. Термический КПД регенеративного цикла. Эксергетический анализ цикла паротурбинной установки. Циклы атомных станций с водяным теплоносителем. Цикл насыщенного пара с промежуточной сепарацией и перегревом пара. Газовые циклы. Работа одноступенчатого компрессора. Отводимое тепло. Многоступенчатый компрессор. Оптимальное распределение давления по ступеням. Необратимое адиабатное сжатие в компрессоре. Индикаторная диаграмма и цикл поршневого двигателя внутреннего сгорания. Циклы с подводом тепла при v=const, p=const и смешанным подводом тепла. КПД циклов и их термодинамический анализ. Принципиальная схема и цикл газотурбинной установки с подводом тепла при постоянном давлении. Термический КПД идеального цикла. Действительный цикл и его КПД. Влияние необратимости процессов сжатия и расширения. Регенерация, многоступенчатое сжатие и ступенчатый подвод тепла в газотурбинной установке. Комбинированные циклы. Комбинированная выработка электроэнергии и тепла. Термодинамические основы теплофикации. Преимущества и недостатки водяного пара как рабочего тела паротурбинных установок. Схема, цикл и КПД паро-паровой бинарной установки. Схемы и циклы парогазовых установок. Циклы холодильных установок. Обратные циклы. Обратный цикл Карно. Холодильный коэффициент. Схема и цикл воздушной холодильной установки. Схема и цикл парокомпрессионной холодильной установки. Цикл термотрансформатора (теплового насоса). Отопительный коэффициент. Основы химической термодинамики. Тепловой эффект химической реакции. Закон Гесса. Константа химического равновесия и изменение термодинамического потенциала. Зависимость константы равновесия от температуры. Влажный воздух. Абсолютная и относительная влажность влажного воздуха. Влагосодержание. Температура точки росы. Расчет термодинамических свойств влажного воздуха. hd –диаграмма влажного воздуха. Термодинамические процессы с влажным воздухом.

Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

Выпускник должен обладать:

ПК-1 готов к разработке мероприятий по энерго- и ресурсосбережению и экологической безопасности на объектах профессиональной деятельности