Konduktivitas termal- ini adalah jenis perpindahan panas di mana ada transfer energi langsung dari partikel (molekul, atom) dari bagian tubuh yang lebih panas ke partikel bagian yang kurang panas.
Pertimbangkan serangkaian percobaan dengan pemanasan tubuh yang kokoh, cair dan gas.
Perpindahan panas radiasi.
Perpindahan panas radiasi- ini adalah perpindahan panas, di mana energi ditransfer oleh berbagai sinar.
Bisa jadi sinar matahari, serta sinar yang dipancarkan oleh benda panas di sekitar kita.
Jadi, misalnya, duduk di dekat api, kita merasakan bagaimana panas dipindahkan dari api ke tubuh kita. Namun, penyebab perpindahan panas tersebut tidak dapat berupa konduktivitas termal (yang sangat kecil untuk udara antara nyala dan tubuh), atau konveksi (karena aliran konveksi selalu mengarah ke atas). Di sini, jenis perpindahan panas ketiga terjadi - perpindahan panas radiasi.
Ambil labu kecil, diasap di satu sisi.
Masukkan tabung kaca yang ditekuk pada sudut kanan melalui gabus ke dalamnya. Dalam tabung ini, yang memiliki saluran sempit, kami memasukkan cairan berwarna. Setelah memperbaiki skala pada tabung, kami mendapatkan perangkat - termoskop. Perangkat ini memungkinkan Anda mendeteksi bahkan sedikit pemanasan udara dalam labu asap.
Jika sepotong logam dipanaskan sampai suhu tinggi, maka kolom cairan akan bergerak ke kanan. Jelas, udara di dalam labu memanas dan mengembang. Pemanasan udara yang cepat dalam termoskop hanya dapat dijelaskan dengan transfer energi dari benda yang dipanaskan ke sana. Seperti dalam kasus kebakaran, energi di sini ditransfer bukan oleh konduktivitas termal dan bukan oleh perpindahan panas konvektif. Energi dalam kasus ini ditransmisikan oleh sinar tak terlihat yang dipancarkan oleh tubuh yang dipanaskan. Sinar ini disebut radiasi termal.
Perpindahan panas radiasi dapat terjadi dalam ruang hampa penuh. Ini membedakannya dari jenis perpindahan panas lainnya.
Semua tubuh memancarkan energi: baik panas kuat maupun lemah, misalnya, tubuh manusia, kompor, bola lampu listrik. Tetapi semakin tinggi suhu tubuh, semakin kuat radiasi termalnya. Energi yang terpancar, setelah mencapai benda lain, sebagian diserap oleh mereka, dan sebagian dipantulkan. Ketika energi diserap radiasi termal berubah menjadi energi internal tubuh, dan mereka memanas.
Permukaan terang dan gelap menyerap energi secara berbeda. Jadi, jika dalam percobaan dengan termoskop, putar labu menjadi benda yang dipanaskan, pertama-tama diasap, dan kemudian sisi terang, maka kolom cairan dalam kasus pertama akan pindah ke jarak yang lebih jauh daripada yang kedua (lihat gambar di atas). Dari sini dapat disimpulkan bahwa benda dengan permukaan gelap menyerap energi lebih baik (dan karenanya lebih panas) daripada benda dengan permukaan terang atau specular.
Tubuh dengan permukaan gelap tidak hanya menyerap lebih baik, tetapi juga memancarkan energi lebih baik.
Kemampuan untuk menyerap energi radiasi dengan cara yang berbeda ditemukan aplikasi luas dalam teknologi. Sebagai contoh, balon dan sayap pesawat sering dicat perak agar tidak terlalu panas oleh sinar matahari.
Jika Anda perlu menggunakan energi matahari(Misalnya, untuk memanaskan beberapa peralatan yang terpasang di satelit buatan), maka perangkat ini dicat dengan warna gelap.
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN ILMU FEDERASI RUSIA
otonomi negara federal lembaga pendidikan pendidikan profesional yang lebih tinggi
"Utara (Arktik) universitas federal dinamai M.V. Lomonosov"
Institut Minyak dan Gas | |
Departemen Teknik Panas | |
131000.62 "Bisnis minyak dan gas bumi" | |
(kode dan nama jurusan diklat/kekhususan) | |
dengan disiplin "Termodinamika dan perpindahan panas" | |
Kuliah 1. Mata kuliah dan metode termodinamika ........................................ .... ................................... | |
Sistem termodinamika ................................................... ................................................................... | |
Parameter termodinamika keadaan .............................................. .................. ...... | |
Persamaan negara ............................................... ................................................................... .......... | |
Proses termodinamika ................................................... .................. ........................................ | |
Kapasitas kalor gas .................................................. .................... ................................................ ............... | |
Kuliah 2. Campuran gas ideal.................................................. .... ................................................................... .. | |
Ekspresi analitis dari hukum pertama termodinamika .................................................. .... | |
Energi dalam........................................................................................... | |
Operasi ekstensi ................................................... ................................................................... ......... | |
Panas................................................. ........................................................ . ............ | |
Entalpi ................................................................... ........................................................ . .......... | |
Entropi................................................................. ........................................................ . .......... | |
Kuliah 3. Rumusan Umum Hukum Kedua ......................................... ................................... | |
Siklus Carnot Langsung ............................................................... ................................................................... ............ | |
Siklus Carnot Terbalik ............................................................... ................................................................... .......... | |
Perubahan entropi dalam proses non-kesetimbangan ........................................ .... | |
Kuliah 4. Proses termodinamika gas ideal dalam sistem tertutup.......... | |
Kuliah 5. Proses termodinamika gas nyata ........................................ .... ...... | |
Persamaan keadaan gas nyata............................................ ................................................... | |
Kuliah 6 | |
Aliran keluar nosel konvergen ................................................... ................................................... | |
Keteraturan utama aliran gas di nozel dan difuser......................................... ......... |
Perhitungan proses kadaluarsa dengan h-s diagram ................................................... | |
Pelambatan gas dan uap .................................................. ................................................... | |
Kuliah 7. Efisiensi termodinamika siklus pembangkit listrik termal.......... | |
Siklus mesin bolak-balik pembakaran internal.................................... | |
Siklus pembangkit turbin gas .................................................. ............. .................................. | |
Siklus pembangkit turbin uap .................................................. ............... ................... | |
Siklus Rankine pada steam superheated .............................................. . ........................................ | |
Efisiensi termal siklus ............................................................ ................................................................... ................ | |
Pasokan panas ................................................... ................................................................... ................. .... | |
Ciri-ciri umum unit refrigerasi …………………………….. | |
Kuliah 8 ................................................... | |
Konsep dan definisi dasar ………………………………………………. | |
Teori konduktivitas termal. Hukum Fourier ................................................................... .. ............ | |
dinding datar | |
Dinding silinder ................................................... ................................................................... .. | |
Kuliah 9. Perpindahan panas ................................................... .. ................................................................ ... ... | |
Dinding datar ................................................................. ... ................................................................... .. . | |
Dinding silinder ................................................... ................................................................... .... | |
Peningkatan perpindahan panas ................................................................... ................................................... | |
Isolasi termal ................................................... ................................................................... ............... | |
Kuliah 10 Perpindahan panas konveksi. Hukum dasar perpindahan panas konveksi. | |
Lapisan batas ................................................... ................................................................... ........... | |
Kesamaan nomor ................................................... .. ................................................................ ... ... | |
Kuliah 11. Kasus khusus perpindahan panas konveksi. Aliran silang | |
pipa tunggal dan bundel pipa ................................................... ................................................................... | |
Aliran pendingin di dalam pipa .................................................. ................................................... | |
Perpindahan panas selama konveksi alami .............................................. ................. .......... | |
Perkiraan nilai koefisien perpindahan panas ........................................ .... | |
Kuliah 12. Deskripsi proses radiasi. Definisi dasar…………………………………………. | |
Perpindahan panas secara radiasi dari suatu sistem benda dalam media transparan .................................. | |
Perpindahan energi radiasi dalam media penyerap dan radiasi ............................... | |
Kuliah 13 ................................................... | |
Jenis-jenis penukar panas .................................................. ................. ........................................ | |
Dasar-dasar perhitungan termal penukar panas ......................................... ... |
SubyekMetode termodinamika
Termodinamika mempelajari hukum-hukum konversi energi dalam berbagai
proses yang terjadi dalam sistem makroskopik dan disertai dengan
efek mi. Sistem makroskopik adalah objek material apa pun
dll, terdiri dari jumlah yang besar partikel. Ukuran sistem makroskopik tidak sesuai
terukur lebih banyak ukuran molekul dan atom.
Tergantung pada tujuan studi, teknis atau kimia
termodinamika, termodinamika sistem biologis dll. Termodinamika teknismempelajari keteraturan transformasi timbal balik energi panas dan mekanik dan sifat-sifat benda yang berpartisipasi dalam transformasi ini. Bersama dengan teori perpindahan panas, itu adalah dasar teoritis dari rekayasa panas. Atas dasar itu, perhitungan dan desain semua mesin panas, serta semua jenis peralatan teknologi, dilakukan.
Mempertimbangkan hanya sistem makroskopik, termodinamika mempelajari
keteraturan bentuk termal dari gerakan materi, karena adanya
jumlah mikro yang terus bergerak dan berinteraksi
partikel struktural (molekul, atom, ion).
Sifat fisik sistem makroskopik dipelajari dengan metode termodinamika statistik. Metode statistik berdasarkan penggunaan teo-
ri dari probabilitas dan model tertentu dari struktur sistem ini dan mewakili
daya tarik ide model tentang struktur materi dan merupakan fenomenal
logis (yaitu, menganggap "fenomena" - fenomena secara keseluruhan).
Pada saat yang sama, semua kesimpulan utama termodinamika dapat dibuat hanya dengan menggunakan dua prinsip utama: hukum empiris termodinamika.
Di masa depan, berdasarkan metode termodinamika, kami akan
kemampuan untuk menggunakan ide-ide molekuler-kinetik tentang struktur materi.
Sistem termodinamika
SISTEM DINAMIS TERMO adalah seperangkat benda material yang berada dalam interaksi mekanis dan termal satu sama lain dan dengan benda eksternal yang mengelilingi sistem("lingkungan luar").
Pilihan sistem bersifat arbitrer dan ditentukan oleh kondisi masalah yang sedang dipecahkan. Benda yang tidak termasuk dalam sistem disebut lingkungan . Sistem terpisah dari lingkungan
lingkungan hidup permukaan kontrol(kerang). Jadi, misalnya, untuk sistem paling sederhana- gas yang terkandung dalam silinder di bawah piston, lingkungan eksternal
doi adalah udara sekitar, dan dinding ci-
lindra dan piston.
Interaksi mekanis dan termal dari sistem termodinamika
melewati permukaan kontrol. Selama interaksi mekanis oleh sistem itu sendiri atau pada sistem, pekerjaan dilakukan. (PADA kasus umum gaya listrik, magnet, dan lainnya juga dapat bekerja pada sistem, di bawah pengaruh sistem yang akan melakukan pekerjaan. Jenis pekerjaan ini juga dapat diperhitungkan dalam kerangka termodinamika, tetapi kami tidak akan mempertimbangkannya lebih lanjut). Dalam contoh kita, kerja mekanis dilakukan ketika piston digerakkan dan disertai dengan
diberikan oleh perubahan volume. Interaksi termal terdiri dari perpindahan panas
antara tubuh individu dari sistem dan antara sistem dan lingkungan. PADA
Dalam contoh ini, panas dapat disuplai ke gas melalui dinding silinder.
Dalam kasus yang paling umum, sistem dapat bertukar dengan medium dan materi
(interaksi perpindahan massa). Sistem seperti itu disebut terbuka. Aliran gas atau uap di turbin dan pipa - contoh sistem terbuka. Jika hal-
properti tidak melewati batas-batas sistem, maka disebut tertutup. Di jauh-
Kami akan mempertimbangkan sistem tertutup, kecuali ditentukan lain.
Sistem termodinamika yang tidak dapat menukar panas dengan
lingkungan disebut terisolasi secara termal atau adiabatik. Catatan-
Rum sistem adiabatik adalah gas dalam bejana, yang dindingnya tertutup
Anda adalah insulasi termal yang ideal, tidak termasuk pertukaran panas antara yang terlampir
kapal dengan gas dan benda-benda di sekitarnya. Kulit isolasi seperti itu disebut adiabatik. Suatu sistem yang tidak bertukar energi atau materi dengan lingkungan
masyarakat disebut terisolasi (atau tertutup).
Sistem termodinamika yang paling sederhana adalah badan kerja, osu-
transformasi timbal balik panas dan kerja. Dalam mesin pembakaran internal, misalnya, fluida kerja adalah
campuran yang mudah terbakar dari udara dan uap bensin.
Parameter termodinamika keadaan
Sifat-sifat setiap sistem dicirikan oleh sejumlah besaran, yang biasanya disebut parameter termodinamika. Mari kita perhatikan beberapa di antaranya, dengan menggunakan konsep kinetika molekuler dari gas ideal yang dikenal dari pelajaran fisika sebagai kumpulan molekul yang memiliki sifat menghilang.
ukuran yang sangat kecil, berada dalam gerakan termal yang kacau dan berinteraksi
berinteraksi satu sama lain hanya dalam tumbukan.
Tekanan disebabkan oleh interaksi molekul-molekul fluida kerja dengan
permukaan dan secara numerik sama dengan gaya yang bekerja per satuan luas permukaan tubuh sepanjang normal ke yang terakhir. Sesuai dengan teori kinetik molekuler, tekanan gas ditentukan oleh hubungan
di mana n adalah jumlah molekul per satuan volume;
m - massa molekul; s 2 - kecepatan akar rata-rata kuadrat gerakan maju molekul.
PADA sistem internasional satuan (SI) tekanan dinyatakan dalam pascal
(1Pa=1 N/m2). Karena satuan ini kecil, akan lebih mudah untuk menggunakan 1 kPa = 1000 Pa dan
1 MPa = 106 Pa.
Tekanan diukur menggunakan pengukur tekanan, barometer, dan pengukur vakum.
Pengukur tekanan cairan dan pegas mengukur tekanan berlebih, pra-
yang merupakan perbedaan antara tekanan total atau absolut yang diukur
tekanan sedang dan atmosfer p atm , yaitu p el p atm p
Perangkat untuk mengukur tekanan di bawah atmosfer disebut vakum
meter; bacaan mereka memberikan nilai vakum (atau vakum):
r di r atm r, yaitu kelebihan tekanan atmosfir atas yang mutlak.
Perhatikan bahwa parameter keadaan adalah tekanan absolut.
Inilah yang masuk ke dalam persamaan termodinamika.
Suhu disebut kuantitas fisik mencirikan
tunggul panas tubuh. Konsep suhu mengikuti dari pernyataan berikut:
jika dua sistem berada dalam kontak termal, maka dalam kasus ketidaksetaraan suhu mereka
suhu, mereka akan bertukar panas satu sama lain, jika suhu mereka sama dengan
Jika demikian, maka tidak akan ada perpindahan panas.
Dari sudut pandang konsep kinetik molekuler, suhu adalah ukuran intensitas gerakan termal molekul. Dia nilai numerik berkaitan dengan
di mana k adalah konstanta Boltzmann sama dengan 1.380662 10ˉ23 J/K. suhu T,
didefinisikan dengan cara ini disebut absolut.
Dalam sistem SI, satuan suhu adalah kelvin (K); dalam prakteknya, secara luas
derajat Celcius (°C) berlaku. Rasio antara T absolut dan stogra-
suhu t memiliki bentuk
T t 273,15.
PADA kondisi industri dan laboratorium, suhu diukur menggunakan termometer cair, pirometer, termokopel dan instrumen lainnya.
Volume spesifik v adalah volume satuan massa suatu zat.Jika satu
benda asing bermassa M menempati volume v, maka menurut definisi
v=V/M.
Dalam sistem SI, satuan volume spesifik adalah 1 m3/kg. Ada hubungan yang jelas antara volume spesifik suatu zat dan kerapatannya:
Untuk membandingkan besaran yang mencirikan sistem dalam keadaan yang sama,
memperkenalkan konsep "normal" kondisi fisik": p \u003d 760 mm Hg \u003d 101,325 kPa; T \u003d 273,15K.
PADA industri yang berbeda teknologi dan negara lain perkenalkan mereka sendiri, agak berbeda
dari yang diberikan" kondisi normal”, misalnya, “teknis” (p = 735,6 mm
Hg = 98 kPa, t = 15˚C) atau kondisi normal untuk menilai kinerja kompresor (p = 101,325 kPa, t = 20˚C), dll.
Jika semua parameter termodinamika konstan dalam waktu dan sama di semua titik sistem, maka keadaan sistem ini disebut kesetimbangan.
Jika antara titik yang berbeda ada perbedaan suhu dalam sistem
tur, tekanan dan parameter lainnya, maka itu adalah non-ekuilibrium . Dalam sistem seperti itu, di bawah aksi gradien parameter, aliran panas, zat, dan lainnya muncul, cenderung mengembalikannya ke keadaan setimbang. Pengalaman menunjukkan bahwa
Sebuah sistem yang terisolasi selalu mencapai keadaan keseimbangan dari waktu ke waktu dan tidak pernah bisa keluar darinya secara spontan. Dalam termodinamika klasik, hanya sistem kesetimbangan yang dipertimbangkan.
persamaan keadaan
Untuk sistem termodinamika kesetimbangan, ada koneksi fungsional antara parameter keadaan, yang disebut persamaan
kedudukan. Pengalaman menunjukkan bahwa volume, suhu, dan tekanan tertentu
sistem yang paling sederhana, yaitu gas, uap atau cairan, terhubung persamaan termal keadaan bentuk f (p ,v ,T ) 0.
Persamaan keadaan dapat diberikan bentuk lain: p f 1 (v ,T );v f 2 (p ,T );
T f 3 (p, v);
Persamaan-persamaan ini menunjukkan bahwa dari tiga parameter utama yang menentukan keadaan sistem, ada dua yang saling bebas.
Untuk menyelesaikan masalah dengan metode termodinamika, mutlak diperlukan untuk mengetahui persamaan keadaan. Namun, itu tidak dapat diperoleh dalam kerangka termodinamika dan harus ditemukan baik secara eksperimental atau dengan metode fisika statistik.
ki. jenis tertentu persamaan keadaan tergantung pada sifat-sifat individu dari benda itu
Persamaan keadaan untuk gas ideal
Persamaan (1.1) dan (1.2) menyiratkan bahwa p nkT .
Pertimbangkan 1 kg gas. Mengingat mengandung N molekul dan, akibatnya,
Nilai konstanta Nk, mengacu pada 1 kg gas, dilambangkan dengan huruf R dan
panggilan konstanta gas. Itu sebabnya
Hubungan yang dihasilkan adalah persamaan Clapeyron.
Mengalikan (3) dengan M, kita memperoleh persamaan keadaan untuk massa gas yang berubah-ubah
MRT PV. |
Persamaan Clapeyron dapat diberikan bentuk universal jika kita mengatributkan
sebut konstan untuk 1 kmole gas, yaitu, dengan jumlah gas, yang massanya dalam kilo-
gram secara numerik sama dengan berat molekul. Masukkan (1.4) = dan V=V , semi-
chim untuk satu mol persamaan Clapeyron - Mendeleev:
pVRT.
Di sini V adalah volume satu kilomol gas, dan R adalah konstanta gas universal.
Sesuai dengan hukum Avogadro (1811), volume 1 kmole, sama dalam satu
mereka dan kondisi yang sama untuk semua gas ideal, dalam kondisi fisik normal
wiah sama dengan 22,4136 m3, oleh karena itu
Konstanta gas 1 kg gas adalah | ||||||||
proses termodinamika
Perubahan keadaan sistem termodinamika terhadap waktu disebut
proses termodinamika. Jadi, ketika piston bergerak di dalam silinder, volume, dan dengan itu tekanan dan suhu gas di dalam, akan berubah,
proses pemuaian atau pemampatan gas akan berlangsung.
Seperti yang telah dicatat, sistem, dibawa keluar dari kesetimbangan, dan pra-
disampaikan pada parameter lingkungan yang konstan untuk dirinya sendiri, melalui
waktu yang akan datang lagi keadaan keseimbangan sesuai dengan para-
meter. Kembalinya sistem secara spontan (tanpa pengaruh eksternal) ke keadaan setimbang
disebut relaksasi, dan periode waktu di mana sistem
ma kembali ke keadaan setimbang, yang disebut waktu relaksasi.
Ini berbeda untuk proses yang berbeda: jika selalu diperlukan untuk menetapkan tekanan kesetimbangan dalam gas, maka untuk menyamakan suhu dalam volume gas yang sama, perlu
kami sepuluh; menit, dan dalam volume padatan yang dipanaskan - terkadang beberapa jam.
Suatu proses termodinamika disebut kesetimbangan jika semua parameter
meter sistem selama alirannya berubah agak lambat dibandingkan dengan proses relaksasi yang sesuai. Dalam hal ini, sistem sebenarnya dalam keadaan setimbang dengan lingkungan sepanjang waktu, yang menentukan nama prosesnya.
Agar proses menjadi setimbang, laju perubahan parameter sistem dA d harus memenuhi hubungan
dA dc relai Sebuah relai
di mana A adalah parameter yang berubah paling cepat dalam pro-
cess; dengan rel - laju perubahan parameter ini dalam proses relaksasi; rel -
waktu relaksasi.
Pertimbangkan, misalnya, proses mengompresi gas dalam silinder. Jika waktu perpindahan piston dari satu posisi ke posisi lain secara signifikan melebihi waktu relaksasi,
kemudian dalam proses menggerakkan piston, tekanan dan suhu akan memiliki waktu untuk menyamakan menurut
seluruh volume silinder.
Penjajaran ini disediakan oleh tumbukan molekul yang terus menerus, dalam
akibatnya energi yang disuplai dari piston ke gas cukup cepat dan sama dengan
bernomor di antara mereka. Jika perpindahan piston berikutnya akan terjadi dengan cara yang sama, maka keadaan sistem pada setiap saat akan menjadi kesetimbangan praktis. Lewat sini, proses kesetimbangan adalah seri berkelanjutan keadaan kesetimbangan berturut-turut, oleh karena itu, pada setiap titiknya, keadaan sistem termodinamika dapat dijelaskan dengan persamaan keadaan fluida kerja yang diberikan. Itulah sebabnya termodinamika klasik dalam penelitiannya hanya beroperasi dengan proses kesetimbangan. Mereka adalah idealisasi yang nyaman proses nyata, yang dalam banyak kasus secara signifikan menyederhanakan solusi masalah. Idealisasi ini cukup beralasan, karena kondisi
(1.8) cukup sering dipenuhi dalam praktik. Sejak gangguan mekanis
getaran merambat dalam gas dengan kecepatan suara, proses kompresi gas dan silinder
pe akan berada dalam kesetimbangan jika kecepatan piston jauh lebih kecil dari kecepatan suara.
Proses yang tidak memenuhi kondisi dAd rel D A rel , lanjutkan dengan ketidakseimbangan, mis. tidak seimbang . Jika, misalnya, dengan cepat meningkatkan suhu lingkungan, maka gas di dalam silinder akan secara bertahap
panas melalui dindingnya, bersantai ke keadaan keseimbangan yang sesuai dengan parameter lingkungan baru. Dalam proses relaksasi, gas tidak dalam kesetimbangan dengan lingkungan dan tidak dapat dicirikan oleh persamaan keadaan
niya, kalau saja karena di titik yang berbeda volume gas suhu memiliki nilai yang berbeda.
KULIAH #1
PENGERTIAN ENERGI DAN JENISNYA.
TERMODINAMIKA DAN METODENYA.
SISTEM TERMODINAMIKA.
Rekayasa panas - disiplin teknis umum yang mempelajari metode memperoleh, mengubah, mentransfer dan menggunakan panas, serta prinsip-prinsip operasi dan fitur desain generator panas dan uap, mesin panas, aparatus dan perangkat.
Termodinamika ( komponen teknik panas) mempelajari hukum konversi energi di berbagai proses fisika dan kimia terjadi dalam sistem makroskopik dan disertai dengan efek termal.
diketahui jenis yang berbeda energi: termal, listrik, kimia, magnet, dll. Tugas penelitian bisa berbeda - ini adalah termodinamika biosistem, termodinamika teknis, dll. Kami tertarik pada termodinamika teknis, yang mempelajari pola transformasi timbal balik panas dan energi mekanik(bersama dengan teori perpindahan panas) dan oleh karena itu merupakan dasar teoritis dari rekayasa panas. Tanpa landasan teoretis ini, mustahil untuk menghitung dan merancang mesin kalor.
Metode termodinamika adalah fenomenologis. Fenomena tersebut dianggap secara keseluruhan. Hubungan antara parameter makroskopik yang menentukan perilaku sistem ditetapkan oleh dua prinsip termodinamika. Sistem termodinamika adalah seperangkat benda material yang berada dalam interaksi mekanis dan termal satu sama lain dan dengan benda eksternal yang mengelilingi sistem.
Keadaan termodinamika tubuh (misalnya, gas) dicirikan oleh massanya, massa molar , tekanan, volume, suhu (dan mungkin jumlah lain, misalnya, mendefinisikannya komposisi kimia). Semua besaran ini disebut parameter termodinamika benda. Namun, seperti yang akan dilihat dari apa yang berikut, parameter seperti , hanya memiliki arti ketika benda, setidaknya kira-kira, dalam apa yang disebut keadaan kesetimbangan termodinamika (tdr). Ini adalah nama keadaan di mana semua parameter termodinamika tetap konstan dari waktu ke waktu (untuk ini kita harus menambahkan kondisi tidak adanya aliran stasioner). Jika, misalnya, gas dipanaskan dengan cepat, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 9.1, suhu bagian bejana A yang dipanaskan langsung akan lebih tinggi dari suhu bagian B. Tekanan di bagian A dan B juga tidak akan sama. Dalam hal ini, konsep suhu atau tekanan seluruh gas tidak masuk akal. Contoh lain adalah membiarkan seberkas molekul cepat menjadi gas. Jelas bahwa tidak masuk akal untuk berbicara tentang suhu gas sampai molekul cepat, karena serangkaian tumbukan dengan yang lain, memperoleh kecepatan orde kecepatan rata-rata molekul lain, dengan kata lain, sampai sistem mencapai keadaan s.f.r.
Dalam keadaan dll. untuk setiap zat, parameter termodinamika saling berhubungan dengan apa yang disebut persamaan keadaan:
Di sini R=8,31 J/(molK) adalah konstanta gas universal, - masa molar. Untuk karbon (C), nilai adalah 12g, untuk hidrogen (H 2) - 2g, untuk oksigen (O 2) - 32g, untuk air (H 2 O) - 18g, dll.
Satu mol zat apa pun mengandung jumlah molekul yang sama N 0, yang disebut bilangan Avogadro:
Rasio konstanta gas universal R dengan bilangan Avogadro (yaitu konstanta gas universal per molekul) disebut konstanta Boltzmann:
Gas ideal adalah gas yang sangat dijernihkan sehingga memenuhi persamaan (1.2) atau (1.6). Arti dari definisi ini adalah, jelas, bahwa untuk memenuhi persamaan (1.6), gas harus cukup dijernihkan. Jika gas, di sisi lain, dikompresi hingga cukup kepadatan tinggi(disebut gas nyata), maka alih-alih (1.6) kita memiliki
Pilihan sistem termodinamika adalah sewenang-wenang. Pilihannya ditentukan oleh kondisi masalah yang sedang dipecahkan. Badan yang tidak termasuk dalam sistem adalah lingkungan. Pemisahan sistem termodinamika dan lingkungan dilakukan oleh permukaan kendali. Jadi, misalnya, untuk sistem termodinamika paling sederhana silinder-gas-piston, lingkungan luar udara ambien, dan permukaan kontrol adalah cangkang silinder dan piston. Interaksi mekanik dan termal dari sistem termodinamika dilakukan melalui permukaan kontrol.
Selama interaksi mekanis dari sistem itu sendiri atau di atasnya, pekerjaan dilakukan. Perlu dicatat bahwa pekerjaan dapat dilakukan di bawah pengaruh orang lain listrik- listrik, magnet.
Mempertimbangkan contoh dengan sistem silinder-piston, kita dapat mencatat hal berikut: kerja mekanis dilakukan ketika piston bergerak dan disertai dengan perubahan volume. Interaksi termal terdiri dari transfer panas antara tubuh individu dari sistem dan antara sistem dan lingkungan. Dalam contoh yang sedang dipertimbangkan, panas dapat disuplai ke gas melalui dinding silinder. Untuk sistem termodinamika terbuka, pertukaran terjadi dengan lingkungan dan materi (proses perpindahan massa). Berikut ini, kita akan membahas sistem termodinamika tertutup. Jika sistem terisolasi secara termal, maka kita menyebutnya adiabatik, misalnya, gas dalam bejana dengan isolasi termal yang ideal. Sistem seperti itu tidak mempertukarkan panas atau materi dengan lingkungan dan disebut tertutup (terisolasi).
Transformasi panas menjadi kerja dan sebaliknya kerja menjadi panas dilakukan oleh sistem yang mewakili gas dan uap, mereka disebut benda kerja.
Dalam perkembangan termodinamika sebagai ilmu kontribusi besar dibuat oleh ilmuwan Rusia: M.V. Lomonosov - mendefinisikan esensi panas sebagai gerakan internal materi, di samping itu, ia menentukan esensi dari hukum termodinamika yang dikembangkan kemudian, seratus tahun sebelum Clausius (1850), memberikan isi hukum kedua termodinamika, hitungan diberikan oleh Lomonosov dalam dua karyanya tahun 1750 dan 1760. Kita bisa menyebut G.G. Hess (1840), yang membuat undang-undang tentang efek termal reaksi kimia, prof. Schiller N.N. (Universitas Kyiv) - memberi lebih dari pembenaran yang ketat hukum kedua termodinamika, prof. Afanas'eva-Ehrenfest T.A. untuk pertama kalinya menunjukkan kelayakan interpretasi terpisah dari hukum kedua termodinamika untuk proses kesetimbangan dan non-kesetimbangan. Penelitian dalam istilah terapan dan teoretis dilakukan oleh para ilmuwan dari Moscow Higher Technical School Grinevetsky V.I., Kirsh K.V., Mertsalov N.I., Ramzin L.K., Oshurkov B.M. Buku teks Soviet pertama tentang termodinamika ditulis oleh Oshurkov B.M. Ilmuwan VTI, MPEI Vukalovich M.P., Kirillin V.A., Novikov I.I., Timrot D.A., Vargaftik N.B. melakukan penelitian ekstensif untuk mendapatkan data baru tentang sifat termofisika sejumlah badan kerja baru. Dari ilmuwan asing kontribusi besar Sadi Carnot, R. Stirling, R. Mayer, Clausius, Helmholtz, Joule, Thomson, Reynolds dan lain-lain berkontribusi pada pengembangan termodinamika Omong-omong, R. Stirling 8 tahun sebelum S. Carnot pada tahun 1816 mematenkan mesin yang tidak bekerja karena udara panas.
1 DK 536.7(07) + 536.24 Pengulas: Departemen Teknik Panas dan Pembangkit Listrik Tenaga Panas St. Petersburg Universitas Negeri alat komunikasi (Doktor Ilmu Teknik, Prof. I.G. Kiselev), Profesor B.S. Fokin (JSC NPO "TsKTI dinamai I.I. Polzunov") Sapozhnikov S.Z., Kitanin E.L. Termodinamika teknis dan perpindahan panas: Buku teks untuk universitas. St. Petersburg: Penerbitan Universitas Teknik Negeri St. Petersburg, 1999. 319 hal. ISBN 5-7422-0098-6 Dasar-dasar Diuraikan termodinamika teknis dan perpindahan panas. Prinsip-prinsip termodinamika, metode untuk menghitung proses termodinamika dengan gas ideal dan dengan fluida kerja nyata, siklus pembangkit listrik, mesin pendingin dan pompa panas disajikan. Proses konduksi panas stasioner dan non-stasioner, perpindahan panas konveksi, dan perpindahan panas oleh radiasi dijelaskan. Dasar-dasar perhitungan termal penukar panas diberikan. Dirancang untuk bujangan di arah 551400 "Terestrial" sistem transportasi ". I8BN 5-7422-0098-6 Universitas Teknik Negeri St. Petersburg, 1999 Sapozhnikov S.Z., Kitanin E.L., 1999 2 DAFTAR ISI Kata Pengantar........................ ........................................................................ ........ .... 1. TERMODINAMIKA TEKNIS ............... 1.1. Pokok bahasan dan metode termodinamika teknis ....... 1.2. Konsep dasar termodinamika ........................ 1.2.1. Sistem termodinamika dan parameter termodinamika .................................................. ................. .............. 1.2.2. Kesetimbangan termodinamika dan kesetimbangan proses termodinamika ............................................ ...... 1.2.3. Persamaan termal keadaan. Diagram permukaan dan keadaan termodinamika…………………………………………………. 1.2.4. Campuran gas ideal ............................................................ 1.2.5. Energi, usaha, panas ................................................... 1.2.6. Kapasitas panas ................................................... ......... 1.3. Hukum pertama termodinamika .................................................. 1.3.1. Persamaan awal pertama ................................... 1.3.2. Energi dalam sebagai fungsi keadaan .................................................. ................................................................... 1.3.3. Entalpi dan sifat-sifatnya ............................................................ 1.3.4. Persamaan hukum pertama untuk gas ideal ......................................... ................................................................... .................. 1.4. Analisis proses dengan gas ideal ................................. 1.4.1. Proses isobarik............................................................. 1.4. 2. Proses isokhorik ................................................................. .... 1.4 .3. Proses isotermal............................................................. 1.4. 4. Proses adiabatik................................................................ .... 1.4.5 . Proses politropik ........................................ 1.4.6. Kompresi gas dalam kompresor bolak-balik ............... 1.5. Hukum kedua termodinamika .............................................. .1.5.1. Proses reversibel dan ireversibel ................. 1.5.2. Siklus dan efisiensinya ......................................................... ......... ...... 1.5.3. Pernyataan hukum kedua ................................. 1.5.4. Siklus Carnot. Teorema Carnot ................................... 3 1.5.5. Entropi, perubahannya dalam proses reversibel dan ireversibel ......................................... ..................... ................................. 1.5.6. diagram keadaan T-s. Perubahan entropi dalam proses gas ideal .................. ........................................................ . .................. 1.5.7. Skala suhu termodinamika ............... 1.6. Siklus mesin pembakaran internal reciprocating .............................................. ................................................................... .... 1.6.1. Siklus dengan suplai panas isokhorik (siklus Otto) 1.6.2. Siklus dengan suplai panas isobarik (siklus Diesel) ......................................... ................................................................... .................... ................. 1.6.3. Perbandingan efisiensi siklus mesin pembakaran dalam .............. 1.7. Siklus pembangkit turbin gas.................................................. 1.7.1. Skema dan siklus dengan suplai panas isobarik 1.7.2. Efisiensi termal dari siklus Brayton................................. 1.7.3. Siklus regeneratif GTU .................................................. 1.7 .4. Efisiensi siklus nyata................... 1.8. Termodinamika benda kerja nyata.............................. 1.8.1. Persamaan keadaan gas nyata ............... 1.8.2. Mengubah keadaan agregasi zat .... 1.8.3. Nyatakan Diagram dan Tabel .................................. 1.9. Siklus pembangkit listrik tenaga uap .................................. 1.9.1. Siklus Steam Carnot ............................................................ ... 1.9.2. Siklus Rankine ................................................... .. ..... 1.10. Siklus mesin refrigerasi dan pompa kalor 1.10.1 Siklus terbalik Carnot .................................. ............... 1.10 .2. Siklus refrigerasi kompresi uap dengan steam superheat dan throttling .............................. 1.10.3. Siklus pompa panas................................................. 1.11 . Udara basah................................................................ .......... 1.11.1 Konsep dan definisi dasar .................. 1.11.2. h–d-diagram udara lembab............... 2. PERPINDAHAN PANAS....................... ................................... 4 2.1. Representasi umum tentang perpindahan panas ........................ 2.2. Konduktivitas termal................................................ ....... 2.2.1. Konsep dan definisi dasar ............... 2.2.2. Hipotesis Bio-Fourier .................................. 2.2.3 Persamaan Diferensial Konduksi Panas. ……………………………………………………………… 2.2.4. Kondisi keunikan .................. 2.2.5 Model benda dalam masalah konduksi panas ..... ......... 2.3. Konduktivitas termal stasioner ........................................ 2.3.1. Konduktivitas termal pelat dan cangkang ......... 2.3.2. Konduktivitas termal permukaan bergaris. 2.4. Konduktivitas termal non-stasioner ................................. 2.4.1. Konduktivitas termal benda tipis termal...... 2.4.2. Konduktivitas termal dari tubuh dan batang semi-tak terbatas ........................................ ........................ .......... 2.4.3. Pemanasan dan pendinginan pelat, silinder dan bola. 2.4.4. Pemanasan dan pendinginan benda berdimensi berhingga…….. 2.4.5. Rezim termal reguler ................................... 2.5. Perkiraan metode teori konduksi panas 2.5.1. Analogi Elektrotermal .................. 2.5.2. Metode grafis ........................................ 2.5.3. Metode beda hingga ........................................ 2.6. Pondasi fisik perpindahan panas konveksi.. 2.6.1. Konsep dasar dan definisi .................. 2.6.2 Persamaan diferensial perpindahan panas konveksi .................. ........................................ 2.7. Dasar-dasar teori kesamaan ............................................ .. 2.7.1. Kesamaan fenomena fisis ................................... 2.7.2. Teorema kesamaan................................................................ .... 2.7.3 . Persamaan persamaan ................................................... .. 2.7.4. Aturan Pemodelan .................................. 2.8. Perpindahan panas konveksi dalam medium fase tunggal..... 2.8.1. Rezim aliran cairan dan gas ............... 5 2.8.2. Lapisan batas............................................................. 2.8. 3. Perpindahan panas pada lapisan batas laminar pada permukaan datar ........................................ ......................... ......... 2.8.4. Perpindahan panas pada lapisan batas turbulen pada permukaan datar .................................................. .................... ... 2.8.5. Perpindahan panas selama konveksi paksa dalam pipa dan saluran ......................................... ......... 2.8.6. Perpindahan panas di bagian aliran yang distabilkan. Integral Lyon............................. ........ 2.8.7. Perpindahan panas dalam aliran laminar dalam pipa ……………………………………………….. 2.8.8. Perpindahan panas pada aliran turbulen dalam pipa... 2.8.9. Perpindahan panas dalam aliran di sekitar pipa dan bundel tabung ........................................ ................................................................... ... 2.8.10. Perpindahan panas dengan konveksi bebas ........ 2.8.11. Perpindahan panas dalam media terfluidisasi ....... 2.9. Perpindahan panas konveksi selama perebusan dan kondensasi .................................................. ................................................................... 2.9.1. Pertukaran panas didih ........................................ 2.9.2. Kondensasi Perpindahan Panas ................................................ 2.9.3. Pipa panas ................................................... ................ 2.10. Pertukaran panas dengan radiasi ............................................................ 2.10.1. Basis fisis radiasi................................. 2.10.2. Perhitungan perpindahan panas secara radiasi ............... 2.10.3. Radiasi matahari ................................................... 2.10. 4. Perpindahan panas kompleks ........................................ 2.11. Penukar panas ................................................ ................ ......... 2.11.1 Klasifikasi dan tujuan .......... 2.11.2. Dasar-dasar perhitungan termal .................................. 2.11.3 Efisiensi penukar panas. Koefisien perpindahan panas yang sebenarnya .............................................. 2.11.4. Perhitungan hidrolik penukar panas ... Referensi ......................................... ......... ................... 6 KATA PENGANTAR “Termodinamika Teknis dan Perpindahan Kalor” merupakan salah satu mata kuliah utama yang diberikan kepada sarjana di jurusan “ Sistem transportasi darat”. Penuh dengan informasi dan dikompresi dalam hal waktu belajar menjadi 1-2 semester, sehingga sebagian besar buku teks dasar tidak akan banyak membantu siswa: terlalu rinci, tidak fokus pada berbagai tugas yang terkait dengan sistem transportasi, dan, akhirnya, hanya dirancang untuk kursus dengan volume yang jauh lebih besar. Untuk insinyur transportasi, hal utama adalah memahami subjek dan ide-ide dasar termodinamika dan perpindahan panas, untuk menguasai terminologi mapan dari ilmu-ilmu ini. Sangat penting untuk diingat 10-15 rumus dasar(seperti persamaan keadaan gas ideal, rumus untuk menghitung perpindahan panas melalui pelat multilayer, hukum Stefan-Boltzmann, dll.). Selebihnya informasi, betapapun pentingnya, Anda hanya perlu memahami, menyajikan secara fisik, menghubungkan dengan contoh-contoh dari berbagai bidang kehidupan dan teknologi. Oleh karena itu, penulis mencoba memberikan perhatian utama pada sisi fisik dari fenomena yang sedang dipertimbangkan, dan meninggalkan tempat yang layak, tetapi sederhana untuk peralatan matematika. Para penulis mengucapkan terima kasih yang mendalam kepada para pengulas - departemen "Rekayasa panas dan pembangkit listrik termal" dari Universitas Transportasi Kereta Api Universitas Negeri St. Petersburg yang diwakili oleh Dr. Ilmu prof. I.G. Kiseleva dan Ph.D. teknologi Asosiasi Ilmu Pengetahuan. V. I. Krylov, serta Dr. tech. Ilmu prof. B. S. Fokin atas komentarnya yang berharga, yang memungkinkan penyempurnaan teks aslinya. Terima kasih khusus - Cand. teknologi Sciences G. G. Gavre atas bantuannya dalam mempersiapkan naskah; dia datang dengan ide untuk membandingkan N, - metode untuk menghitung penukar panas dengan skema perhitungan tradisional. Dan, tentu saja, bantuan dalam merancang buku para karyawan departemen sangat berharga. Landasan teori Teknik Panas” dari Universitas Teknik Negeri St. Petersburg 7 E. O. Vvedenskaya, R. M. Groznoy, mahasiswa pascasarjana Yu. V. Burtseva dan E. M. Rotinyan. S. Sapozhnikov E. Kitanin 8 1. TERMODINAMIKA TEKNIS 1.1 SUBJEK DAN METODE TERMODINAMIKA TEKNIS Termodinamika - ilmu tentang transformasi energi - adalah dasar bagi seorang insinyur teknik tenaga. Kelahiran termodinamika bertepatan dengan kemunculan mesin uap pertama. Pada tahun 1824, insinyur Prancis S. Carnot mempertimbangkan interaksi energi air dan uap dengan berbagai bagian mesin dan dengan lingkungan, ia memiliki peringkat efisiensi pertama mesin uap. Sejak itu, proses dalam mesin listrik, transformasi agregat zat, fisikokimia, plasma, dan proses lainnya telah menjadi subjek studi termodinamika. Studi ini didasarkan pada metode termodinamika: objek studi dapat berupa badan apa saja yang termasuk dalam apa yang disebut sistem termodinamika. Sistem ini harus: cukup luas dan kompleks sehingga keteraturan statistik diamati di dalamnya (pergerakan molekul zat dalam volume tertentu, pemanasan dan pendinginan partikel bahan padat dalam timbunan, dll.); tertutup, yaitu memiliki batas di semua arah spasial dan terdiri dari jumlah partikel yang terbatas. Tidak ada batasan lain untuk sistem termodinamika. Objek dunia materi, tidak termasuk dalam sistem termodinamika, disebut lingkungan. Kembali ke karya S. Carnot, kami mencatat bahwa air dan uap yang diperoleh darinya adalah sistem termodinamika. Dengan menelusuri interaksi energi air dan uap dengan benda-benda di sekitarnya, dimungkinkan untuk mengevaluasi efisiensi konversi panas yang disuplai ke mesin menjadi kerja. Tetapi mesin listrik modern tidak selalu menggunakan air untuk mengubah energi. Kami setuju untuk menyebut media apa pun yang digunakan untuk mengubah energi sebagai benda kerja. 9 Dengan demikian, subjek termodinamika teknis adalah hukum-hukum konversi energi dalam proses interaksi benda kerja dengan elemen-elemen mesin tenaga dan dengan lingkungan, analisis kesempurnaan mesin tenaga, serta studi tentang sifat-sifat kerja. tubuh dan perubahannya dalam proses interaksi. Tidak seperti fisika statistik, yang mempelajari model fisik suatu sistem dengan pola interaksi yang jelas antara mikropartikel, termodinamika dalam kesimpulannya tidak terhubung dengan struktur tubuh apa pun dan dengan bentuk hubungan tertentu antara elemen-elemen struktur ini. Termodinamika menggunakan hukum karakter universal, yaitu, berlaku untuk semua benda, terlepas dari strukturnya. Hukum-hukum ini membentuk dasar dari semua penalaran termodinamika dan disebut prinsip-prinsip termodinamika. Prinsip pertama mengungkapkan hukum kekekalan energi - hukum alam universal. Ini menentukan keseimbangan energi dalam interaksi dalam sistem termodinamika, serta antara sistem termodinamika dan lingkungan. Hukum kedua menentukan arah transformasi energi dan secara signifikan memperluas kemungkinan metode termodinamika. Kedua prinsip tersebut bersifat eksperimental dan dapat diterapkan pada semua sistem termodinamika. Berdasarkan dua prinsip ini, yang disajikan dalam bentuk matematis, dimungkinkan untuk menyatakan parameter pertukaran energi di berbagai interaksi, membangun hubungan antara sifat-sifat zat, dll. Namun, untuk membawa hasil ke angka tertentu, "sumber daya internal" termodinamika saja tidak cukup. Perlu menggunakan hasil eksperimen atau teoretis yang memperhitungkan sifat fluida kerja dalam sistem termodinamika nyata. Jika, misalnya, seseorang menggunakan data eksperimen tentang kepadatan suatu zat, maka dengan bantuan analisis termodinamika seseorang dapat menghitung kapasitas panasnya, dll. 10 Jadi, studi termodinamika didasarkan pada hukum dasar alam. Pada saat yang sama, perhitungan teknik dalam termodinamika tidak mungkin dilakukan tanpa menggunakan data eksperimen atau hasil studi teoretis. properti fisik badan kerja. 1.2. KONSEP DASAR TERMODINAMIKA 1.2.1. Sistem termodinamika dan parameter termodinamika Kami telah menyebut sistem termodinamika setiap benda atau sistem benda yang berinteraksi satu sama lain dan (atau) dengan lingkungan (sistem seperti itu dapat, khususnya, mencakup benda kerja mesin tenaga). Definisi tersebut tidak merinci apa sebenarnya yang dianggap sebagai sistem termodinamika, dan apa yang dianggap sebagai lingkungan. Hal ini dimungkinkan, misalnya, untuk mempertimbangkan fluida kerja itu sendiri sebagai sistem termodinamika, dan untuk mempertimbangkan "segala sesuatu yang lain" sebagai lingkungan; adalah mungkin untuk memilih hanya satu bagian tubuh, dan menganggap bagian tubuh lainnya dan semua tubuh lainnya sebagai lingkungan. Dimungkinkan, sebaliknya, untuk memperluas sistem termodinamika - untuk memasukkan di dalamnya, selain benda pertama, beberapa lainnya, dan menganggap semua benda lain sebagai lingkungan. Perluasan atau penyempitan lingkaran benda yang membentuk sistem termodinamika seperti itu memungkinkan kita untuk mengetahuinya fitur penting benda kerja dan interaksi energi di antara mereka. Diketahui bahwa zat yang sama dapat berada dalam keadaan cair, gas atau padat. Dalam hal ini, tentu saja, sifat-sifat zat ini, sistem termodinamika ini, juga akan berbeda, misalnya, kepadatan, koefisien ekspansi volumetrik, permeabilitas magnetik, kecepatan suara, dll. Semua ini, serta kuantitas lain yang mencirikan keadaan sistem termodinamika, disebut keadaan parameter termodinamika. Ada banyak dari mereka; secara tradisional mengalokasikan
Perhitungan termodinamika dari siklus pemanasan
Dasar-dasar termodinamika pemanasan distrik
Seperti yang Anda ketahui, mesin panas, menurut definisinya, dirancang untuk mengubah bentuk perpindahan energi yang kacau (dalam bentuk panas) menjadi bentuk yang teratur ( gerakan mekanis, listrik, dll). Namun, selain bentuk energi yang teratur, manusia juga membutuhkan kehangatan dalam aktivitasnya, khususnya untuk pemanasan dan untuk pelaksanaan segala jenis energi. proses teknologi(memasak, mengeringkan, Teknologi kimia, metalurgi, dll).
Sepintas, tampaknya masalah peningkatan ekonomi pasokan panas ke termodinamika teknis sebagai ilmu untuk meningkatkan mesin panas tidak memiliki masalah. hubungan langsung, Namun, tidak. Faktanya, kalor sebagai salah satu bentuk perpindahan energi, selain besaran yang diukur dalam joule, juga memiliki kualitas yaitu potensial yaitu suhu. Faktanya, hanya sedikit orang yang tertarik sejumlah besar panas yang disuplai ke tempat tinggal pada suhu 10 ... 12 ° C. Di sisi lain, suhu pembakaran sebagian besar bahan bakar fosil, apakah itu kayu bakar, batu bara, gas, minyak, dll., terlalu tinggi untuk langsung digunakan untuk tujuan pemanasan, atau untuk proses teknologi lainnya. Termodinamika teknis menunjuk ke salah satu dari kemungkinan cara penggunaan rasional"energi panas" (perhatikan bahwa frasa ini, yang sudah mapan dalam kehidupan sehari-hari, tidak benar dari sudut pandang termodinamika; harus diingat bahwa kita harus berbicara tentang transfer energi dalam bentuk panas). Karena potensi panas (suhu) yang biasa digunakan untuk keperluan pemanasan adalah 50 ... 150 ° C (330 ... 430 K), dan suhu pembakaran bahan bakar (suhu obor) sekitar 1500 ... 2000 ° C (1800 . .. 2300 K), tampaknya sangat rasional untuk melakukan antara tingkat suhu ini (potensial) siklus beberapa mesin panas, sehingga mengurangi kehilangan eksergi, yaitu kerugian yang terkait dengan pertukaran panas ireversibel antara ruang yang dipanaskan dan sumber panas. Produksi bersama dari bentuk energi yang teratur (biasanya listrik) dan panas untuk kebutuhan industri dan pemanas ruangan disebut pemanasan distrik.
Mari kita tunjukkan bahwa pembangkitan bersama energi listrik dan panas (kogenerasi) selalu lebih ekonomis dari sudut pandang termodinamika daripada pembangkitan terpisah. Untuk melakukan ini, pertimbangkan diagram di mana kami menggambarkan tingkat suhu secara kondisional untuk berbagai proses suplai dan penghilangan panas (Gbr. III.27). Titik-titik di atas nilai dalam diagram mewakili total turunan waktu, mis. kita akan membandingkan kekuatannya berbagai skema termal dan energi listrik. Dalam hal ini, kami tidak akan memperhitungkan kerugian yang tak terhindarkan dalam instalasi semacam itu, karena memperhitungkannya tidak akan memengaruhi jalannya penalaran, meskipun itu akan secara signifikan memperumit analisis.
Pembangkitan energi panas dan listrik yang terpisah ditunjukkan pada gambar. III.27 diagram dan . Di rumah boiler pemanas, produk pembakaran bahan bakar mengeluarkan panas dalam proses dalam jumlah ke pendingin (biasanya air), yang, melalui jaringan pemanas dipasok ke konsumen, menyediakan beban panas (tidak termasuk kerugian). beban listrik N disediakan oleh pembangkit listrik tenaga uap yang beroperasi menurut siklus Rankine dengan pelepasan panas ke air pendingin di kondensor. Pengaturan ini disebut kondensasi.
Konsumsi panas total di rumah boiler dan di unit kondensasi untuk beban termal dan listrik yang diberikan kemudian akan ditentukan oleh jumlah
Dengan produksi bersama dari jumlah energi panas dan listrik yang sama, daya termal generator uap akan sama (juga tanpa memperhitungkan kerugian)
Perbedaan antara ekspresi dan memberikan penghematan panas (dan karenanya bahan bakar)
Pasokan panas banyak digunakan dalam termal dan pembangkit listrik tenaga nuklir memasok listrik dan panas ke besar pemukiman dan industri besar yang padat energi. Pada saat yang sama, di latihan energi dua skema siklus pemanasan digunakan - dengan tekanan balik dan dengan ekstraksi uap untuk pemanasan.
Perhitungan termodinamika dari siklus pemanasan
Dengan tekanan balik
Diagram skema instalasi dan diagram pemanas tekanan balik T-s siklus ditunjukkan pada gambar. III.28.
Desain instalasi pemanas tekanan balik tidak berbeda secara struktural dari instalasi kondensasi konvensional, kecuali bahwa dalam instalasi tekanan balik, tekanan uap buang di outlet turbin dipertahankan cukup tinggi (oleh karena itu namanya Tekanan balik), sehingga suhu uap buang adalah 150 ... 180 ° C (tekanan saturasi adalah 5 ... 10 bar). Untuk alasan ini, dalam instalasi tekanan balik, kondensor diganti dengan penukar panas yang lebih kecil yang disebut ketel ( Bahasa inggris ketel – ketel,ketel,penguapan).
Mari kita sajikan algoritma untuk perhitungan termodinamika siklus pemanasan dengan tekanan balik, dengan mempertimbangkan kerugian pada generator uap, turbin, mekanik dan rugi-rugi listrik dan kerugian dalam jaringan termal. Semua kerugian ini diestimasi secara numerik menggunakan koefisien pg, , mech, el, ts.
Menggunakan grafik h–s atau menggunakan tabel sifat termodinamika air dan uap air kita temukan dengan cara standar entalpi spesifik h 1 , h 2 , h 3 . Selanjutnya, berdasarkan definisi efisiensi internal relatif turbin, kita menemukan nilai aktual dari entalpi spesifik uap buang
Dengan asumsi boiler idealnya terisolasi, dari keseimbangan panas kami menemukan laju aliran massa uap dalam instalasi, memberikan beban panas yang diberikan,
Kekuatan instalasi, dengan mempertimbangkan kerugian yang tercantum, akan menjadi
Panas yang disuplai dalam generator uap ke fluida kerja
dan daya termal generator uap, dengan mempertimbangkan kerugian pg, akan sama dengan
yang memungkinkan untuk menghitung konsumsi bahan bakar pada nilai yang diketahui nilai kalorinya
