Реферат по предмету "Физика"


Основные параметры, характеризующие состояние рабочего тела

Вариант 2.
1. Какими основными параметрами характеризуетсясостояние рабочего тела? Напишите уравнение состояния и укажите размерностивходящих в него величин СИ.
     Величины, которые характеризуют физическоесостояние тела называются термодинамическими параметрами состояния. Такимипараметрами являются удельный объем, абсолютное давление, абсолютнаятемпература, внутренняя энергия, энтальпия, энтропия, концентрация,теплоемкость и т.д. При отсутствии внешних силовых полей (гравитационного,электромагнитного и др.) термодинамическое состояние однофазного тела можнооднозначно определить 3-мя параметрами – удельным объемом (υ),температурой (Т), давлением (Р).
Если изменитьтермодинамическое состояние системы, т. е. подвести или отнять тепло, сжать газили дать возможность ему рас­шириться, то все параметры рассматриваемой системыизменят свою величину.
 
 Давление равно силе, действующей на единицу площади поверхноститела. Когда говорят о давлении газа или пара, под силой понимают суммарную силуударов молекул этого газа или пара, направленную перпендикулярно к стенкамсосуда. Подавляющее боль­шинство приборов для определения давления измеряетразницу между давлением среды (иногда называемым полным, или абсолютнымдавлением) р и атмосферным(барометрическим) В. Если измеряемое давление выше атмосферного, такойприбор называется манометром, а измеряемое давление — избыточным
                                  
                                               Ризб. = Р — В.
В этом случаеполное (абсолютное) давление, явля­ющееся параметром состояния,
                                              Р= Ризб. + В.
Если измеряемоедавление ниже атмосферного, та­кой прибор называется вакуумметром, аизмеряемое давление — вакуумметрическим  (или   вакуумом).
                                             Рвак= В — Р.
В  этом случае  полное   (абсолютное)   давление
                                           Р =В – Рвак.
Температура — это мера нагретости тела. Если теплотапереходит от одного тела к другому, это значит, что температура первого тела Т1больше темпера­туры второго тела Т2. Если жетеплообмен между те­лами отсутствует,  температуры  одинаковы  T2 = T1.
Удельный     объем— это    отношение     полного объема вещества Vк его массе m.                            
                                               v=.
Плотность— это   отношение    массы    вещества к его объему.
                                             
То естьплотность является величиной, обратной удель­ному объему.
                                            
Зная удельныйобъем   (или плотность), можно най­тиобъем вещества по известной массе
                                      V= m* v,      V=
или массувещества по известному объему
                                      m= V/ v,    m= Vr.
Величины,характеризующие термодинамическое состояние газа, давление р, удельный объемvи температура Т зависят друг отдруга. Если, например, газ определенной температуры занимает какой-тоопределенный объем, то он будет находиться под некоторым дав­лением. Изменениеобъема или температуры изменит давление газа.
Таким образом,из трех величин р, vи Т две могут быть заданы произвольно, а третья определитсякак функция первых двух.
Зависимость,связывающую между собой давление, объем и тем­пературу газа, называют уравнениемсостояния данного газа. Это уравнение выражает основное соотношение,характеризующее термодинамические свойства газа.
Для  идеального газа уравнение состояния имеетпростой вид
                                 
т. е. отношениепроизведения абсолютного давления газа на его объем к абсолютной температуреостается постоянным. Для 1 кг газаэту постоянную величину называют газовой постоянной иобозначают  буквой  R:
                                         ,                       (1-1)  
или
                                         ,                    (1-2)
Уравнениесостояния (1-2) часто называют уравнениемКлапей­рона, по имени ученого, предложившего это уравнение.
Зная двапараметра газа, по уравнению (1-1) можнолегко найти третий, так как Rявляется величиной, постоянной для каждого газа. Для температурных пределов, которые обычно применяют в тех­нике, газовыепостоянные подсчитаны для большинства газов и сведены в таблицы.
 Газовая постоянная R  представляет работу 1 кггаза в процессе при постоянном давлении и при изменении температуры на 1градус.
 Для произвольного количества газа массойm уравнение состояния будет:
                                    ,                      (1-3)
В 1874 г. Д.И.Менделеев основываясь на законеДальтона («В равных объемах разных идеальных газов, находящихся приодинаковых температурах и давлениях, содержится одинаковое количествомолекул») предложил универсальное уравнение состояния для 1 кг газа,которую называют уравнением Клапейрона-Менделеева:
Р·υ = Rμ·Т/μ,                        (1-4)
где: μ — молярная(молекулярная) масса газа, (кг/кмоль);
Rμ = 8314,20Дж/кмоль (8,3142 кДж/кмоль) — универсальная газовая постоянная ипредставляет работу 1 кмоль идеального газа в процессе при постоянном давлениии при изменении температуры на 1 градус.
Зная Rμ можно найти газовую постоянную R = Rμ/μ.
Для произвольной массы газа уравнение Клапейрона-Менделеева будет иметь вид: 
                            Р·V = m·Rμ·Т/μ,                       (1-5)
Измерение или расчеткаких-либо характеристик рабочего тела относятся к количественной оценкевеличины этих характеристик по сравнению с эталоном самой величины. Подобныеэталоны приняты в международной практике при введении стандартов на самихарактеристики и их эталоны. В настоящее время действует, как обязательный,международный стандарт (SI) или Российский (СИ), утвержденный в 1980 году какобязательный для всех отраслей науки и техники.
Из основныхединиц системы СИ в теплотехнике применяют: единицу длины — метр (м), массы—кило­грамм (кг), времени — секунда (с) и температуры — Кельвин (К), из которыхможно получить единицу пло­щади (м2), объема (м3),удельного объема (м3/кг), плотности (кг/м3), скорости(м/с), ускорения (м/с2). Силу измеряют в ньютонах (1Н=1 кг*м/с2),давление в паскалях (1 Па = 1 Н/м2), энергию в джоулях (1 Дж = 1 Н*м),мощность в ваттах  (1Вт=1 Дж/с).
  Кроме того, используются приставки кило (к),мега (М), гига (Г), соответственно увеличивающие еди­ницы в тысячу, миллион имиллиард раз (например, 1 кг=1000 г;   1МПа=106 Па;   1 ГДж=109Дж),  или
милли (м) имикро (мк), соответственно уменьшающие единицы в тысячу и миллион раз(например, 1 мм = 10-3 м, 1 мкс = 10-6 с).
 Единица давления паскаль очень мала и поэтому не всегда удобна, так как 1 Па меньше атмосферного давления примернов 100 000 раз. Поэтому иногда ис­пользуют такие более крупные единицы, как бари тех­ническая атмосфера: 1 бар = 105 Па; 1 т. атм = 1 кгс/см2= 0,98 бар.
   При измерении температуры кроме шкалы Кельви­на, предусмотренной системой СИ,допускается шкала Цельсия. Температуру, измеренную в Кельвинах (К), обозначают Т, а в градусах Цельсия (° С) — t: T=t+273,15. Как видно из этой формулы, цена деления шкал Кельвина иЦельсия одинаковая, лишь начало отсчета сдвинуто на 273,15 градуса. Поэтому приизме­рении разности температур значения, выраженные в Кельвинах и градусахЦельсия, одинаковы Т2-Т1=t2-t1.
Энергию всистеме СИ измеряют в джоулях. Кроме того, в теплотехнике иногда используютсякилокалория (обычно для измерения теплоты) и киловатт-час (для измеренияэлектроэнергии): 1ккал = 4,19 кДж; 1 кВт*ч = 3600 кДж.
Необходимопомнить, что единицы, названные в честь ученых, пишутся с прописной буквы, авсе ос­тальные — со строчной.
2. Сформулируйте основной законтеплопроводности Фурье и приведите его математическое выражение.
  Передача тепла теплопроводностью происходитбез передвижения массы тела, а с помощью молекул более нагретой части тела,которые сталкиваются при своем движении с соседними молекулами менее нагретойчасти тела и передают им избыток своей кинетической энергии. Такая передачатепла молекулами (молекулярный перенос энергии) происходит до тех пор, покакинетическая энергия всех молекул тела не станет одинаковой. К этому временитемпература во всех точках тела тоже станет одинаковой.
 Рассмотрим плоскую однослойная стенку толщинойdиз однородного материала(из кирпича, металла, дерева или из любого другого материала). Теп­лоподводится к поверхности стенки и под действием разности темпе­ратурt1> t2 распространяется теплопро­водностью кпротивоположной поверх­ности. Общее количество тепла Q, кото­рое пройдет через поверхность стенки, равную F, за промежуток времени t, определяется уравнением основного законараспространения тепла путем теплопроводности


                      Q=   дж,         (2-1)
Где: l — коэффициент пропорциональности;
t1 — t2 — разностьтемператур на поверхностях
стенки,  ко­торую называют темпера­турным 
напором;
d — толщина   стенки.
   Рис. 2.1. Передача тепла теплопроводностью
                    через  плоскую однослойную стенку.
 Уравнение (2-1)  выражает закон Фурье.
Решив  уравнение (2-1)  относительно  коэффициента l,   уста­новимего физический смысл.
 Согласно закону Фурье:

или при выражении Q в ккал/ч:


Таким образом, коэффициенттеплопроводности lпоказывает, какоеколичество тепла проходит вследствие теплопроводности в единицу времени черезединицу поверхности теплообмена при падении температуры на 1 град. на единицудлины нормали к изотермической поверхности.
Коэффициентытеплопроводности lсплошных однородных средзависят от физико-химических свойств вещества (структура вещества, егоприрода). Значения теплопроводности для многих веществ табулированы и могутбыть легко найдены в справочной литературе.
Чем больше коэффициенттеплопроводности l, тем лучшим проводником тепла является вещество.
                                               Задача 1.
1 кг воздуха при давлении Р1=6МПа и  t = 200с изотермически расширяется
до давления Р2=0,1МПа. Определить объём воздуха в начале и в конце процесса, количествоподведённого тепла, произведённую работу и изменение внутренней энергии.
                                               Решение.
1. Определим температуру.
Т = 273+20 = 293
2. Определим объём воздуха.
V= MRT/P;                                                       (1.1)
Из уравнения Менделеева-Клапейрона:
PV= MRT;                                                         (1.2)
Где: R= 8314 Дж/моль*Ко;
Объем воздуха в началепроцесса:
V1= MRT1/ P1 =  = 0,014 м3;
Объем воздуха в концепроцессе:
V2= MRT2/ P2 =  = 0,84 м3;
3. Произведенная работа:
= MRT*ln*;                                               (1.3)
=,97´106Дж.
4. Изменение внутреннейэнергии.
= Cvmt2-t1);                                               (1.4)
где:Cvm– объёмная теплоёмкость.
Таккак  t=const.  и t2-t1= 0, тоизменения внутренней энергии не происходит.
 Количество подведенного тепла:
                 Q  = ;
                                                         Задача 2.
Определить коэффициенттеплоотдачи поверхности трубки к воздуху, если температура её наружнойповерхности tст= 800с,температура воздуха
Tв= 360с,скорость воздуха 17 м/с, а диаметр трубки 10 мм.
                                               Решение.
1. Определим критерийРейнольдса: 
Re= ;                                          (2.1)
n´106 = 16,5 м2/с;
n=16,5/106;
Re=  = 1,03´104;
2. Определим критерийНуссельта.
Nu= 0,018´Re0,8´                                        (2.2)
Примем
Nu= 0,018´(1,03´104)0,8´1 = 29,2;
3. Коэффициент теплоотдачи:
a=  ;                                                       (2.3)
из   Nu= ;                                              (2.4)
a=  = 79,2;
                                            Задача3.
  Определить предельную высоту расположенияцентробежного насоса над уровнем воды в колодце Н, если давление перед насосомР2 и производительность насоса Q. Навсасывающей стальной трубе диаметром dи длиной lимеетсязаборная сетка, плавный поворот и регулирующая задвижка, открытая на 50 %площади проходного сечения.
  Исходные данные:
Р2= 33 кПа;
d= 150мм;
Q= 20,0л/с;
l= 27 м;
                                            Решение.
1. Схемаустановки центробежного насоса.

                      Рис. 3. Схема установки центробежного насоса.
2. Выберем двасечения 1-1 (по уровню свободной по­верхности) и 2-2 (перед насосом), примем за плоскость сравне­ния сечение 1-1.
3. Составимуравнение Бернулли для двух сечений 1-1и 2-2:
          +hпт;                 (3.1)
где: V1 —средняя скорость течения воды на свободнойпо­верхности колодца, м/с;
Р1 —  атмосферное давление, принять Р1= Рат = 0,1 мПа;
V2— средняя скорость течения воды во всасывающем трубопроводе, м/с;
hпт— сумма потерь напора по длине и местных.
Учитывая,что  Z1=0; V1=0; Z2=Н, имеем
            +Н+hпт;                                 (3.2)
Откуда находимвысоту установки центробежного насоса:
4. Определим среднюю скорость течений воды  во всасы­вающем трубопроводе.
            V2=                                            (3.3)
Где: p= 3,14;
        d= 150 мм = 0,15 м;
            V2 =
5. Определим потери напора:
        hпт = hдл. + hм;                                     (3.4)
Где:hдл. – потери напорапо длине трубопровода.
hдл =                                                (3.5)
l — коэффициент  гидравлического  сопротивления трения;
принять l=0,025;
hм — местные потери напора, которые равны:
hм =                                                   (3.6)
Где: xсет.+xпов.+xзадв.;                     (3.7)
xсет.= 2,06;
xпов.= 0,5;              }       [2. таб. 2-2]                  
xзадв.= 7,5;
Sx=2,06+0,5+7,5 = 10,06;
hдл =
hм =
hпт = 0,29+0,655 = 0,945;
6. Высота установки центробежного насоса:
Н = -hпт;                                                 (3.8)
Н = ;
Ответ: Высота установки центробежногонасоса равна 5,83 м;
                                           Список литературы:
1. В.В. Нащёкин  “Техническая термодинамика и теплопередача”
                                М. 1980 г.
2. “Основы гидравлики итеплотехники”.
3. Рипс С.М.  “Основы термодинамики и теплотехники”.
                               М. 1968 г.


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.