Soojustehnika konspekt (0)

5 VÄGA HEA

SOOJUSTEHNIKA
Soojustehnika mõisted.
Soojustehnika on rakendusteadus , mis käsitleb kõiki soojusega seotud nähtusi. Samal ajal on ta ka tehnikaharu, mis tegeleb nende nähtuste rakendamisega praktikas. Soojustehnika teoreetilised alused rajanevad järgmistel erialustel:

Termodünaamika

Soojuslevi e. Soojusülekanne ( soojusvahetus )

Soojusmootorite teooria

Soojusjõu seaduste teooria
Soojustehnika hõlmab veel soojuse tootmist, soojusenergeetikat, soojuse vahetut kasutamist tööstuses ja olmes . Soojust toodetakse nüüdisajal erinevat tüüpi kolletes, edasi põlemiskambrites ja ntx. Sisepõlemismootorite turbiinides ja seda soojust saadakse kütuste keemilisest energiast. Vähemal määral toodetakse soojust tuuma-, päikese- ja elektrienergiast. Tööstuses tarbivad soojust eelkõigge mitmesugused tööstusahjud, kuivatid ja väga erinevat tüüpi soojusvahendid. Olmes aga tarvitatakse soojust peamiselt kütteks. Soojust transporditakse soojusgeneraatoritest soojuskandjate abil. Põhilisteks soojuskandjateks on kuum vesi, veeaur, põlemisgaasid. Soojustehnika alla kuulub ka jahutus ja külmutustehnika, mis uurib esemete või keskonna temperatuuri langetamist ümbruskonnas. Energeetika on teadus energiavarudest ja energia muundumisest, edastamisest ja tarbimisest. On tehnika haru, mis hõlmab energia tootmist ja jaotamist. Energia on kitsamas mõttes mingisuguse objekti võime teha tööd. Energiaühikuks on Džaul.
J, kJ, mJ, gJ, tJ 1J=1N x m 1N=kg x
Elektro - ja soojusenergeetikas on laialdaselt kasutusel:
Wh, kWh, mWh. 1Wh=3600J
Pikka aega on soojusühikuna kasutusel:
cal, kcal 1cal=4,1868J
Võimsuse ühikuks on W.
1HP=0,745 kW
1PS =0,735 kW
Energia liigid mehhaanilise energia (potentsiaal), soojusenergia ( soojus ), keemilisusenergia, elektromagneetiline energia, gravitatsioonienergia, tuumaenergia.
1.Termodünaamika.
1.1 Termodünaamika sisu.
Termodünaamika on teadus erinevate energialiikide vastastikusest muundumisest. Uurib mitmesuguseid füüsikalisi ja keemilisi nähtusi, mis on esile kutsunud energiate muundumisega. Ajalooliselt tekkis see 18.saj lõpp, mil hakati otsima meetodeid soojuse muundamiseks mehhaaniliseks tööks. 19.saj esimesel poolel, kui tekkisid aurumasinad, hakati otsima teed nende masinate tööeffektiivsuse e. Kasuteguri tõstmiseks. S.Cornet on termodünaamika aluse panija.!??
Termodünaamika põhineb kahel seadusel (kahel printsiibil):

Põhiseadus: energiajäävuse seadus

Määrab ära looduses toimuvate protsesside suuna ja tingimused.

(Nersti soojusteoreem) seadus käsitleb kehade käitumist ja nende omadusi väga madalatel t0C (absoluutsele 0-le ligilähedastele temperatuuridele)
Uurimis objektiks termodünaamikas on termodünaamilinesüsteem (kitsamas mõttes termodünaamiline keha).Üheks termodünaamika eripäraks on see, et kõikidele teistele ümbritsevatele kehadele vastandatakse termodünaamiline keha, kussjuures neid ümbritsevaid kehi nimetatakse väliskeskonnaks. Termodünaamika kasutab termodünaamilise süsteemi või keha uurimiseks makroparameetreid, mida saab mõõta vastavate mõõteriistade ja seadmetega. Põhilisteks makroparameetriteks on rõhk, erimaht ja temperatuur. Termodünnamika uurib makroskoopilisi süsteeme (süsteeme, mis koosnevad väga suurest arvust mikroosakestest).
1.2 Põhimõisted termodünaamikast.
See termodünaamika osa, mis tegeleb nimelt soojuse ja mehhaanilise töö vastastikuse muundumistega nimetatakse Tehniline Termodünaamika.
Tehnilise termodünaamika põhieesmärk on aluste loomine soojusmootorite, soojusjõuseadmete, soojustransformaatorite, soojusvahetite ja teiste soojusteniliste seadmete teooriale ja nende seadmete tööle. Termodünaamiline süsteem – süsteemiks nimetatakse osamonteeriast, mis on eraldatud uurimisest.
Termodünaamiline väliskeskond – kõik ülejäänud.
Süsteemi ja väliskeskonna vahel peavad olema eralduspinnad, mis võivad olla:

Teoreetilised e. Nn. Kontrollpinnad

Reaalsed pinnad
Termodünaamilised süsteemid jagatakse:
Homogeenne süsteem
Heterogeenne süsteem
Homogeennseks nim süsteemi, mille sees ei ole eralduspindu. Homogeenses süsteemis on termodünaamiline keha homogeenses süsteemis on keemilis -füüsikalised omadused parameetrid on ühesugused. Heterogeensel süsteemil võivad süsteemis sees olla eralduspinnad.
Heterogeenseid süsteeme nimetatakse mitmefaasilisteks. Kõik süsteemid omakorda jagunevad järgmistesse gruppidesse .

Isoleeritud termodünaamiline süsteem

Soojuslikult isoleeritud termodünaamiline süsteem (adiapaatne süsteem)

Suletud süsteem (T.d. süst.)

Avatud süsteem (T.d. süst.)
Isoleeritud termodünaamiliseks süsteemiks nimetatakse sellist süsteemi, millel puudub väliskeskonnaga nii mehhaaniline, kui soojuslik vastasmõju.

Mehhaaniliselt jäikadel ja samal ajal soojuslikult isoleeritud pindadega.

Soojuslikult isoleeritud süsteemiks nimetatakse süsteemi, mis on väliskeskkonnast isoleeritud ainult soojuslikult. Mehhaaniline mõju võib olla.

Suletud süsteemi korral ei toimu aine või massivahetust väliskeskonna ja termodünaamilise süsteemi vahel.

Avatud süsteemis toimub aine ja massivahetus termodünaamilise süsteemi ja väliskeskonna vahel. Kõik soojusmootorid omavad lahtist süsteemi (avatud süsteemi).
Termodünaamiline süsteem ja väliskeskond võivad teineteist väga mitmeti mõjutada.see tähendab nad võivad mõjutada mehhaaniliselt, soojuslikult, üldjuhul elektriliselt, magneetiliselt, keemiliselt kõikides soojusmootorites.
Termodünaamiliseks kehaks nimetatakse keha, mille abil toimub soojuse muundamine mehhaaniliseks tööks (soojusmootorites). Nendeks kehadeks on gaasid ja aurud. Termodünaamilisteks parameetriteks nimetatakse suurusi, millede abil iseloomustatakse termodünaamilise keha (gaasi või auru)mistahes ajamomendil. Põhilised parameetrid on rõhk, temperatuur, erimaht. Termodünaamiliseks tasakaaluolekuks nimetatakse süsteemi või keha olekut, mis ajas ei muutu. Rõhkude võrdsus ja püsivus määrab ära mehhaanilise tasakaalu. Temperatuuride võrdsus ja kondstantsus määrab ära soojusliku tasakaalu ( termiline tasakaal). Kui mõlemad on võrdsed ja püsivad siis on täielik tasakaal (termodünaamiline tasakaal). Termodünaamiline keha ja süsteem ei lähe kunagi iseenesest välja tasakaalu olekust. Tagasi tasakaalu olekusse tuleb ta iseenesest, kuid teatud aja jooksul.

Termodünaamilist tasakaalu on võimalik saavutada isoleeritud täielikus termodünaamilises süsteemis.

Tasakaalu olekut on võimalik saavutada juhul, kui termodünaamilises süsteemis rõhk ja temperatuur on võrdsed valiskeskkonna omadega.
Termodünaamiliseks protsessiks nimetatakse termodünaamilise keha oleku muutuse protsessi. Igasuguse tasakaaluolekust kõrvalekalle põhjustab termodünaamilist protsessi. Termodünaamilist protsessi, mis kulgeb niivõrd aeglaselt, et igal aja momendil taastub tasakaaluolukord nimetatakse tasakaalseks Termodünaamiliseks protsessiks. Vastasel juhul on protsess mittetasakaalseks. Tasakaalseid olekuid ja tasakaalseid protsesse saab kujutada olekudiagrammidel graafiliselt. Üheks levinumaks diagrammiks on PV-diagramm.
P-rõhk; V-erimaht
Mittetasakaalseid protsesse ei saa diagrammil kujutada. Kõik reaalsed protssid, mis toimuvad soojusmootorites on mittetasakaalsed, sest nad toimuvad suure kiirusega. Kõik protssessid jagatakse:

Tagastatavad

Tagastamatud
Tagastatava protssessi üheks eeltingimuseks on termodünaamilise tasakaalu olemasolu. Tagastatavaks nimetatakse protsessi, mis võib kulgeda läbi ühtede ja samade tasakaalu olekute (AI; AII; AIII; AIV jne.) nii otsesuunas (A-B) ja vastassuunas (B-A).
Kõik reaalsed protsessid on tagastamatud, tagastamatust põhjustab see, et reaalsete protsesside korral on tegemist hõõrdumisega. Hõõrdumisel töö muutub soojuseks , järelikult gaasi temperatuur tõuseb tekivad keerised. Ringprotsessiks nimetatakse protsessi, mille kulgemise käigus termodünaamiline keha ( gaas , aur) läbides rea vahepealseid olekuid tuleb tagasi algusesse (e. Sooritab ühe tsükli). Ringprotsessid jaotatakse termodünaamilise keha liikumise suuna alusel.

Otsesesteks protsessideks

Pöördring protsessideks
Otseste ringprotsesside alusel töötlevad kõik soojusmootorid ja nendes ringprotsessides tehakse kasulikku tööd.
Pöörderingprotsesside alusel töötavad nn. soojustransformaatorid, kus toimub soojuse transformeerimine (ülekandmine) madalama temperatuuriga kehalt kõrgema temperatuuriga kehale ja selline protsess on võimalik sel juhul, kui me kulutame selleks teatud hulk energiat (mehhaanilise, soojusenergiat, elektrienergiat). Soojustransformaatoriteks nimetatakse külmutusseadmeid ja soojuspumpasid. Ringprotsessi saab liigutada veel selle protsessi kofiguratsiooni järgi.
Ringprotsesse saab liigitada temperatuur taseme järgi:

Kõrge temperatuuriga protsessiga, kus maksimaalne temperatuur on üle 1000co.
Madalat temperatuuriga protsessid, kus kasutatakse madalal temperatuuril keevaid vedelikke, seal on maksimaalne temperatuur on 30o-70o .

Madalatemperatuurilised on soojustransformaatorid protsessid. Tähtsamateks termodünaamika mõisteteks loetakse:

Töö – L; [J]; l[J/kg] Energiaühik – „J“

Soojus – Q[J]

Siseenergia – U[J]
Gaasi või auru siseenergi

Mass
Raskusjõud
Kaal
Ainehulk
Moolmass
Moolmaht

Tehnilises termodunaamikas vaadeldakse:
Massi, kui keha inertsus omaduste karakteristikut (see tähendab kui inertsi iseloomustajat ja tema mõõtu) seda massinimetatakse inertseks massiks. Vaadeldakse massi konstantse suurusena, määratakse kaalumise teel, kussjuures see mass tasakaalustatakse kalibreeritud vihtide raskustega. Kuna makrokehade ja kalibreeritud vihtide mass on ühesugune maakülgetõmbe jõu all, siis järelikult kaalumise resultaat ei sõltu kaalumispunkti asukohast.
Tähistatakse „M“ [kg]
Raskusjõud on vektoriaalne suurus ja ta on maa külgetõmbejõu mõõduks.
Tahistatakse „R“ [N] 1N=1kg x m/s2
Kaal: „G“ [N]
Kujutab endast jõudu, millega antud kehad oma raskusjõu mõjul mõjub näiteks horisontaalsele toele, või olles üles riputatud, siis mõjub niidile millega ta ripub.
G=M x g(N)
Ainehulk on füüsikaline suurus, mis on määratud selle aine struktuurosakeste arvuga (mol või kmol).
Tähistatakse „n“[mol,kmol]
Moolmass: μ=M/n [kg/kmol]
Moolmaht: Vμ=V/n [m3/kmol]
Termodünaamilise keha termodünaamilised parameetrid.
Termodünaamiliste kehadega soojuseadmetes ja soojusmootorites kasutatakse põhiliselt gaase ja aure. Gaas ja aur on võimelisem muutma oma mahtu väga laiades piirides. Nende paisumisel ja samuti nende kokkusurumisel (kompresseerimisel). Gaase kasutatakse termodünaamilse kehana näiteks sisepõlemismootorites, gaasiturbiinides, reaktiivmootorites ja veeauru kasutatakse termodünaamilse kehana aurujõuseadmetes. Põhilisteks termodünaamika parameetriteks on:

Absoluutne rõhk „pa“

Erimaht „v“

Absoluutne temperatuur „T“ [K]
Need on termilsed oleku parameetrid. Need parameetrid määravad ära soojuse muundamise mehhaaniliseks tööks. Peale selle ekisteerivad nn. energeetilised oleku parameetrid:

Siseenergia „U“ [J]

Entalpia (soojussisaldus) „H“ [J]

Entroopia „S“ [J/K]
Peale selle jaotatakse neid kõiki parameeterid kahte gruppi:

Intensiivsed parameetrid

Ekstensiivsed (aditiivsed)
1.1 On sellised prameetrid, mis ei olene termodünaamilise keha massist ja nende hulka kuuluvadtermilised olekuparameetrid (rõhk, erimaht ja temperatuur), nende hulkka kuuluvad veel:
Erisiseenergia u [J/kg] [J/kg]
Erietalpia h [J/kg] [J/kg]
Erientroopia s [J/kgK] [J/kgK]
2.1 Ekstensiivsed parameetrid sõltuvad keha massist ja nende hulka kuuluvad energeetilised parameetrid (U; H; S) V(maht)
Termilised olekuparameetrid
pa; v; T.

[m3/kg] [kg/m3] - Erimaht

Rõhk on jõud mis mõjub ühele pinnaühikule normaali suunas (risti)
„P“ [bar]; [kgt/cm2]; [kgf/m2]; [mmHg]; [mmH2O]; [Uf/m2]
Kõik arvutused termodünaamikas toimuvad Pa (paskalites)
Tehakse vahet:

Absoluutsel rõhul pa

Ülerõhul PüPmass

Alarõhu Pvac

Baromeetriline rõhk pbarB(õhirõhk)
Pbar rõhku mõõdetakse baromeetritega. Absoluutne rõhk saadakse juhul, kui rõhu mõõtmiseks võtta nullivaks – absoluutne vaakum , kuid praktiliset mõõtmiste korral võetakse 0-nivooks baromeetriline (atmosfärirõhk), seejuures, kui gaasi rõhk on suurem baromeetrilisest rõhust, siis gaas on ülirõhu all. Ülerõhuks nimetatakse atmosfääri rõhust kõrgemat rõhkuja kuna ülirõhku mõõdetakse manomeetriga , siis seda rõhku nimetatakse manomeetriliseks rõhuks. Atmosfääri rõhust madalamat rõhku nimetatakse alarõhuks, ehk hõrenduseks.
(Pa)
(Pa)
Temperatuur – T [K]
Temperatuur kujutab endast mingi keha suurenemise astet teise keha suhtes ja ta määrab ära soojusvoo suuna kehade vahel. Gaaside molekulaar kineetilise teooria alused on temperatuur molekulid soojusliku liikumise intensiivsuse mõõt. Temperatuuri arvväärtus on ühtselt seotud molekulide keskmise kineetilise energiaga. Ideaalgaasi korral:
m – kg; w – m/s ; w=0;
T=0o [K] absoluutne 0. Absoluutse temperatuuri skaala alguspunktidest. Praktiliselt molekulide kineetlilise energiat ei saa mõõta kasutatakse praktikas temperatuueri määramiseks kaudseid meetodeid ja sel juhul võetakse temperatuuri määramisel aluseks mingisugune aine omadus, mis sõltub otseselt temperatuurist, praktikas kasutatakse mitmesugust tüüpi termomeetreid, näiteks klaas vedelik termomeeter , kus täitevedelikuna kasutatakse elavhõbedat ja mitmesuguseid orgaanilisi vedelikke. Termoelektrilised termomeetrid , kus kasutatakse ära nn. termoelektrilist effekti . Kasutatakse vee takistustermomeetrit, praktikas kasut temperatuuri mõõtmisel rahvusvahelist praktilist temperatuuri skaalat (celsiuse skaalat).
T=toct 273,15oK
Termodünaamilised arvutused toimuvad absoluutse temperatuuri alusel.
Ideaalgaas ja ideaalsete gaaside põhiseadused
Ideaalgaasideks nimetatakse gaasi, mille molekulide vahel puuduvad vastastikused mõjujõud (tõmbe ja tõukejõud) ja molekulide maht loetakse tühiselt väiksek, neid vaadeldakse, kui materjaalseid punkte. Reaalmolekuulide vahel on mõjujõud.
Ideaalgaaside seadused:

Boyle – Mariotte seadus – Kui gaasiolekumuutus toimub konstantsel temperatuuril t= const ., siis erimahud ja rõhud suhtuvad pöördvõrdeliselt rõhkudega. Isotermiline protsess

Gay – Lussac seadus – Kui gaasi oleku muutus toimub constantsel rõhul, siis erimahud suhtuvad võrdeliselt absoluutsete temperatuuridega. Isobaarne protsess

Charley seadus – Kui gaasi oleku muutus toimub constantsel mahul või erimahu, siis rõhud suhtuvad võrdeliselt absoluutsete temperatuuridega. Isohoorne protsess
Ideaalgaaside olekuvõrrand:
Ideaalgaasi olekuvõrrandiks (termiliseks olekuvõrrandiks) nimetataksevõrrandit, mis seab omavahel tema (gaasi) termilisi olekuparameetreid (p;v;t). Selle võrrandi saab tuletada: 1) Gaasi molekulaar kineetilise teooria põhivõrrandite alusel; 2) Boyle – Mariotte ja Gay – Lussac seaduse alusel. Oletame, et mingisugune gaas, mille mass on 1kg, suundub algolekust lõppolekusse. Algoleku parameetrid on (p1;v1;t1) ja lõppu (p2;v2;t2).

Isotermiline, Boyle – Mariatte

Isobaarne, Gay – Lussac
Vand – der – Waals
Oleku ja protsessi funktsioonid
Oleku funktsioonideks minetatakse selliseid suurusi, mis ei sõltu termodünaamilise protsessi iseloomust, vaid on määratud ainult termodünaamilise süsteemi olekuga . Protsessi funktsioonideks nimetatakse suurusi, mis sõltuvad termodünaamilise protsessi käigust, see tähendab nad sõltuvad sellestkuidas termodünaamiline keha läheb algolekust lõppolekusse.
Mehhaaniline töö
Termodünaamika esimene seadus.
Energi jäävuse seadus.
Termodünaamika esimeseks seaduseks on energia jäävuse ja muundumise seadus. Mingisse kehasse kantud energia võib muunduda sise- või välisenergiaks.
Soojus võib teatud tingimustes muutuda tööks ja vastupidi
Elementaarne suurenemine
Q; dT; dV; dL; dU
Q=dU+dL [J]; q=du+dl
q- soojushulk
du- siseenergia muutus, muutub tehtud töö arvel
dl- mehhaaniline töö
Entalpia (soojussisaldus)
Entalpia on olekuparameeter, mis sõltub ainult gaasi oleku parameetrist (p;v;t)
pV – rõhuenergia rõhu energua kujutab tööd, mida on vaja teha, et viia gaas mahuga V keskonda rõhuga p.
Soojusmahtuvis ja erisoojus
Soojusmahtuvuseks nimetatakse soojushulka, mis on vajalik antud ainekoguse temperatuuri tõstmiseks 1 kraadi võrra. SI-süsteemi mõõtühik on J·K−1. Soojusmahtuvust võib väljendada ka ühikulise ainekoguse kohta, olgu selleks siis mass, ainehulk vms. Soojusmahtuvust moolides väljendatud ainehulga kohta nimetatakse ka moolsoojuseks. Soojusmahtuvust massiühiku kohta nimetatakse ka erisoojuseks.
Soojusmahtuvus sõltub nii aine olekust (mida võib määratleda nt. temperatuuri ja rõhu kaudu) kui ka termodünaamilisest protsessist, milles aine osaleb. Soojusmahtuvust, mida mõõdetakse konstantse rõhu tingimustes, nimetatakse isobaariliseks soojusmahtuvuseks (Cp). Soojusmahtuvust, mida mõõdetakse konstantse ruumala tingimustes, nimetatakse isohooriliseks soojusmahtuvuseks (CV).
Erisoojus (ka erisoojusmahtuvus) on füüsikas soojushulk, mis on vajalik ühikulise massiga ainekoguse temperatuuri tõstmiseks 1 kraadi võrra. SI-süsteemi mõõtühik on J·kg−1·K−1.
Termodünaamilised põhiprotsessid ideaalgaasidega
1m3 metaani CHu=0,7kg. Leida selle metaani tihedus ja eimaht.
Rõhu mõõtmine – v
Rõhu mõõtmiseks vedelik manomeetriga gaasi rõhk siin anumas mõjutab manomeetri näitu.
Õhurõhk elavhõbeda paromeetri järgi 770mm/Hg.
Arvutada rõhk paskalites
Termodünaamilised protsessid nimetatakse isohoorne, isobaarne, isotermiline, adiabaatne , polütroopne.

Määratakse termiliste olekuparameetrite vaheline seos antud protsessis. (p,v,t)

Määratakse protsessis sooritatud või kulutatud mehhaaniline ja tehniline töö. (l,lt)

Siseenergia muutus protsessis , entalpia muutus protsessis , entropia muutus protsessis .

Protsessis osalev soojushulk (q), p-v diagrammil graafiline töö, t-S diagrammil graafiliselt soojushulka.
Isihoorne protsess
Nimetatakse protsessi, mis kulgeb konstantsel mahul
Isobaarne protsess
On protsess, mis püsival rõhul. Siin termodünaamilises süsteemis tehnilist tööd ei tehta ning termodünaamilise keha üleminekuks olekust 1 olekusse 2. Seega on isobaarilises termodünaamilses protsessis keha poolt juurdesaadav või äraantav soojushulk võrdne protsessis esineva entalpia muutusega.
Isotermiline protsess
On selline termodünaamiline protsess, mis toimub püsival temperatuuril. Siin mehaaniline ja tehniline töö on omavahel võrdsed. Seega muundub isotermilisse protsessi antav soojus täielikult tööks. Ts-diagrammil väljendub isotermiline protsess horisontaalse joonena .
Adiapaatne protsess
On selline termodünaamiline protsess, mis toimub soojuslikult isoleeritud tingimustes.

Tagastatav adiabaatne

Mehhaanilise töö adiabaatses protsessis gaasi siseenergia arvel.
Poütroopne protsess
Nimetatakse sellist protsessi, mille käigus erisoojus ei muutu. Polütroopse protsessi põhivõrrand on:

Termodünaamilise Ringprotsessi mõiste ja Termodünaamika II seadus
Mistahse soojusmootoris soojuse muundamine mehhaaniliseks tööks toimub mingisuguse termodünaamilise keha abil. Termodünaamika II seadus määrab termodünaamilise protsessi suuna väiksema tõenäosusega olekust suurema tõenäosusega olekusse. Def. Soojus võib iseenesest suunduda ainult kõrgema temperatuuriga kehalt madalama temperatuuriga kehale.
Ringprotsess – Termodünaamiline protsess kus töötav keha perjoodiliselt paisub ja komprimeerimis protsessiga taandatakse tema algolek. Selleks, et soojusmootor teeks pidevat tööd on vaja peale igat paisumisprotsessi ta tagasi tuua algolekusse. Selleks on aga vaja läbi viia paisumisele vastupidine protsess. Protsessi, mille käigus termodünaamiline keha läbides rida vahepealseid olekuid tuleb tagasi algolekusse nimetatakse ringprotsessideks.
Otsese ringprotsessi alusel kõiki sisepõlemismootorid töötavad ringprotsessi alusel.
Carnot´ ringprotsess
Uurides aurumasinate tööd, töötles ta välja ideaalse ringprotsessi, määras kasuliku töö. Ideaalsilindris, ideaalgaasiga, silindri seinad soojuslikult ideaalselt isoleeritud. Silindri pea ühendatakse vaheldumisi soojusallikaga (t1) ja seejärel jahutajaga (t2). Tegelikuses selliseid mootoreid ei ole, aga reaalsete protsesside võrdlemine ideaalgaasidega annab võimaluse välja selgitada põhimõtted, mille järgi peaksid reaalsed mootorid töötama. Kõrvaldades reaalse mootori tormilise kasuteguriga Carnot´ on võimalik hinnata mootori effektiivsust soojuse kasutamise osas. Carnot´ koosneb kahest isotermilisest protsessist, kahest isoentroopsest protsessist.
See ringprotsess kulgeb nii: Silindrid ühendatakse soojusallikaga.
VEEAUR
Veeauru kasutatakse termodünaamilise kehana aurujõuseadmetes; kasutatakse soojuskandjatena mitmesugustes soojusvahetus aparaatides – soojusvahetites. Samuti aurukütte süsteemides. Seejuures kasutatakse veeauru sellistel parameetritel (rõhkudel, parameetritel (t)), mille puhul tuleb veeauru lugeda reaalgaasina. Järelikult veeauruga seotud arvutuste juures ei tohi kasutada ideaalsete gaaside olekuvõrrandeid. Kasutada tuleb reaalgaaside olekuvõrrandeid.
Veeaur tekib:

Veeauru on võimalik saada lihtsa aurustamise teel. Mida kõrgem temperatuur seda kiiremini aurustumine toimub. Iga aurustumine toimub pinna kaudu. Seisneb selles, et vedeliku pinnalt eralduvad keskkonda aktiivsemad molekulid, mille kineetiline energia on suurem molekulide keskmisest kineetilisest energiast. See protsess soojustehnikas huvi ei paku.

Veeauru võib saada veel keemise teel. Keemiseks nimetatakse intensiivset aurustmis protsessi, mis toimub kogu vedeliku massi ulatuses see tähendab auru nullid moodustuvad anuma seintel, ning eralduvad igalt poolt. Vee keemis-temperatuur sõltub rõhust. Mida suurem on rõhk seda suurem on keemis-temperatuur.
Normaalrõhk
Normaaltemperatuur
Keemistemperatuur ; keemisrõhk .
Olenevalt auru omadusters võib aur olla küllastatud või üleküllastunud. Küllastunud aur tekib vee juutresolukul ja temaga kui ta temaga tasakaalo olekus on. Küllastunud auru rõhku nimetatakse küllastusrõhuks ja ta oleneb küllastunud auru temperatuurist. Praktiliselt kõllastumisrõhk ja keemisrõhk on ühesugused, samuti on ühesugused küllastustemperatuur ja keemisrõhk. Tehakse vahet kuiv küllastunud auru ja niiske küllastunud auru vahel.
Kuivaks auruks nimetatakse auru, mis ei sisalda absoluutselt vedelat faasi ehk kogu vesi on täielikult aurustunud.
Niiskeks auruks nimetatakse auru, mis kujutab endast kuiva auru ja kuna vee mehhaanilist segu. Niisket auru iseloomustatakse kuivusastmega, mis tähistatakse – X.
Kus
1kg niisket auru sisaldab 0,85kg kuiva auru ja 0,15kg vett. Kui suur on kuivusaste
X = 85%
Parameetriteks, mis määravad ära kuiva küllastunud auru oleku on kas küllastus temperatuur
või küllastusrõhk . Nende parameetritega on määratud vee olek keemise algmomendil (st. Küllastusolekus). Niiske auru olek on määratud üheaegselt kahe parameetriga.nendeks parameetriteks võib olla:

Kuiva küllastunud auru olek on väga ebastabiilne olek. Kuiva küllastunud auru kuumutamisel muutub ta ülekuumendatud auruks, samal rõhul. Kui seda kuiva küllastunud auru jahutada, siis ta muutub niiskeks auruks, samal rõhul. Ülekuumendatud auruks nimetatakse auru, mille temperatuur on kõrgem antud rõhule vastavast küllastustemperatuurist . . Ülekuumendatud auru olek on määratud kahe olekuparameetriga . Samuti on määratud
- ga vee olek allpool küllastus e. keemistemperatuuri. Vee aurustunisprotsessi
diagrammil. Jälgime vee isobaarset aurustumisprotsessi. 1kg vett, temperatuuril t ja rõhul p.
Veee parameetrid küllastusolekus (alumisel piirrõhkkonnal) näiteks punktis 1, tähistatud indeksiga.

Sisepõlemismootorite ringprotsessid
Sisepõlemismootorite põhiliseks protsessiks, kus toimub soojuse protsessi juhtimine(kütuse põemine) on silinder , seal kütus põleb ning see muutub paisumiseks. Toimub kõrgel temperatuuril üle 1000 oC. Max temp. võib tunduvalt ületada materjali piirtemperatuure. Kasu-tegur on seda suurem, mida kõrgem on gaaside temperatuur. Tänapäeval on rõhk 1,5-10Mpa ning Carnot ei toimi, protsess oleks väga aeglane.
1). v=const Otto mootorid.
2).p=const Diesel .
3). V=const. P=const.
Sisepõlemis mootorite teoreetilised ringprotsessid.
Üldmärkusi: üheks soojussjõu masinatüübiks on sisepõlemismootor e. kolbmootor. Sisepõlemismootorite põhielemendiks, kus toimuvad kõik põhilised TD protsessid on mootori silinder ja seal toimuvad järgmised protsessid:
TD keha paisumine , kusjuures paisumisprotsessis TD keha teeb tööd pannes kolbi liikuma selles samas silindris toimub ka soojuse juurde juhtimine protsessi (põlemine) mille tulemusel TD keha paisub. Selles samas silindris toimub TD keha komprimeerimine. Ringprotsessi termiline kasutegur on seda suurem mida kõrgem on ringprotsessi maksimaalne temperatuur ja seetõttu kasutataksegi sisepõlemismootorites TD kehana kütuse põlemisel tekkivaid gaase ja selle temp 1600-1800 kraadini. Antud maksimaalse ja minimaalse temperatuuri intervallis omab karnoo ringprotsess maksimaalset termilist kasutegurit, kuid konstruktiivse keerukuse tõttu on karno ringprotsessil töötava TD keha. On tehtud arvutusi, kus aluseks on võetud reaalsed temp. nagu max temp. ja min temp. on 15 kraadi. Kolvi käik tuleks väga suur. Rõhud tulevad väga suured, ligi 300MPa. Sisepõlemismootorite jaoks on välja töötatud 3 teoreetilist ringpriotsessi:
1. Ringprotsess soojuse isohoorse protsessi (Isohoorse põlemisega ringprotsess).
2. Ringprotsess on isobaarse juurdejuhtimisega (Isobaarse põlemisega).
3. Ringprotsess kombineeritud soojuse juurdejuhtivusega (Sega-ringprotsess).
Otto ringprotsess
Ottomootorites toimub soojuse isohoorne protsessi juurdejuhtimine see tähendab põlemine toimub isohoorselt. Bensiin põleb niivõrd kiiresti, et põlemisprotsess on vaadeldav isohoorsena.
1-2 kütte segu adiabaatne komprimeerimine.
2-3 kütuse isohoorne põlemine, Q1 juhitakse juurde.
3-4 põlemisproduktide isoentroopne paisumine.
4-1 põlemisproduktide isohoorne eemaldamine.
- ringprotsessi kasulik töö.
Isohoorse põlemisega ringprotsess (Otto ringprotsess a. 1876).
Otto ringprotsessil töötavates mootorites kasutatakse kergeid vedelkütuseid ja gaasi (bensiin, metaan , propaan ja butaan ). Kütus süüdatakse elektri sädeme abil ja kütus põleb niivõrd kiirelt ära, et põlemisprotsess on vaadeldav isohoorsena. TD keha (küttesegu adjabaatne komplimeerimine) mootori silindris jõuab kolb ülemisse seisu 1-2 ja tekkib kütte süütamine. 2-3 rõhud suurenevad. 3-4 põlemisproduktide adjabaatne paisumine ja kolb liigub tagasi algseisu. 4-1 põlemisproduktide eemaldamine isohoorne protsess, soojuse isohoorne eemaldumine.
Isoboorne rõhutõusu aste.
On surve aste . Surve astme suurendamisel suureneb TD keha temp. komp. protsessi 1-2 lõppus (punktis 2). Komp. astme epsiloni ja
Kui temp. T2 ületab mingi teatud etteantud piirilise temp, siis toimub küttuse isesüttimine ja see viib järsult alla mootori kasuteguri. On määratud kasutama kütuse omadusega ja see kompresatsiooni aste piiriline väärtus mille juures veel isesütimist veel ei toimu on samal ajal ka määratud detonatsiooni.
Isobaarse põlemisega sisepõlemisega mootori ringprotsess e. diiseli ringprotsess
Selle ringprotsessi alusel nim. aglase käiguga diisliteks või siis kompressor diisel mootor. Kasutatakse raskevedelkütuseid ehk diiselkütuseid kusjuures diiselmootoritel surveaste valitakse selline et toimuks küttuse isesüttimine kusjuures komp. õhku ja õhu temp. peab ületama kütuse isesüttimise temp. Küttus pihustatakse sisse neumaatiliste pihustitega e. õhujoaga ja selleks on vaja kompressorit. Õhu adjabatne komplimeerimine silindris. Punktist 1-2 õhu temp. ületab küttuse isesüttimise temp. Punktis 2-3 toimub põlemine ja kolb liigub. 3-4 kolb jätkab liikumist kuni surnud punktini. 4-1 põlemisprotuktide eemalumine silindrist.
Segaringprotsess e. Trinkleri ringprotsess 1904.
Kiirekäigulisteks diiselmootoriteks ja põletatakse samu kütuseid. Puudub kompressor kuna kasutatakse nendes mootorites mehaanilisi pihusteid. Aga põlemiskamber on kujundatud sellisena et põlemine toimub esialgselt isohoorselt ja seejärel põlemine jätkub isobaarsena.
Sisepõlemise mootori kasutegurid
DT keha kiirus on sama mis kineetiline energia. Kineetiline energia oli tühiselt väike ja ei avaldanud seetõttu DT protsessile märgatavat mõju.

Gaasi turbiinid, auru turbiinid.

Tsentrifugaal kompressorid.

Telgkompressorid.

Reaktiivmootorid.
On tegemist väga suure kiirusega liikuvate gaasi või auru voolustega mille kiirus võib ületada helikiiruse . Nendes seadmetes on tegemist TD protsessidega .
Rakendades TD esimesele protsessile e. voolusel, mis liigub meelevaldse ristlõikega kanalis /torus. Kusjuures see ristlõge võib meelevaldselt muutuda (suureneda/väheneda) on võimalik TD keha voolamise põhivõrrandid. Voolamise protsesse kus kanalid asuvad võib vaadelda tagastatava adjabaatse protsessina (isoentroopse protsessina). Soojusvahetus voolava keskkonna ja teda ümbritsevat keskkonna vahel ei jõua toimudagi.
Vähendatakse ringprotsessist ärajuhitavat soojushulka ehk
(SKEEM SH.1.20.02.06)
Kui gaaside temp on üle 800°C, siis tuleb turbiini labasid jahutada.
Isohoorilise põlemisega gaasiturbiini põhimõtteskeem ja töö protsess.
Isohoorilises põlemises
(SKEEM 3.20.02.06)
Kõigi kolme klappi sulgeolekus süüdatakse kütus ja toimub isohoorne põlemine.
(SKEEM 4.20.02.06)
1-2 Õhu isotroopne komplimeerimine nii nagu otto mootoris.
2-3 Sõõjuse isohoorne protsessi juurde juhtimine.
3-4 Põlemisprotuktide isoentroopne põlemine
4-1 Gaaside paisumine.
Pidevalt töötavateks sedmeteks. Selleks tuleb kulutada energiat e. tööd. Kompimeeritava keha komplimeerimiseks kasutatav jõud. Saadakse komperssorit käivitavateks kasutatavat tööd. Töö prontsiibid e. põhimõtted jagunevad kolme alagruppi:
1. Mahtkompressorid. Nendes masinates toimub töö ülekandmine komplimeeritavale kehale (gaas, aur) otseselt ilma vahepealsete muundumisteta. Põhitüüpideks on: kolbkompressorid ja rotatsioonkompressorid.
2. Turbiinkompressorid. Nendes kompressorites toimubtöö ülekandmine komplimeeritavale kehale profileeritud labadest. Profileeritud moodustatud pöörlevas kanalis mida nim. töövõreks. Vastavalt komplimeeritava keha liikumis suunale kompressoris jagunevad turbiinkompressorid põhitüüpidelt: Tsentrifugaal- ja telgkompressoriteks. Tsentsifugaal kompressoris TD keha liikumissuund on selle kompressori teljega risti. Ja telgkompressorites on selle liikumine paraleelne.
3. Jugakompressor. Nendes seadmetes toimub komplimeerimiseks vajaliku töö ülekandmine komplimeeritavale kehale mingisuguse teise keha (teise vooluse).
Erinevate kompressoride gruppide töö põhimõtted küllalt järsult üksteisest erinevad on TD protsessid aga toimuvad nendes kompressorites on vaadeldavad ühtlastena ja kõikide kompressor masinate tööprotsesside TD analüüsi põhieesmärgiks on komplimeerimiseks kulunud töö määramine .
TD keha komplimeerimine 1 astmelise kompressoriga (kolpkompressorid)
1-2 TD keha komplimeerimine rõhu P1
2-3 Komplimeeritud gaasi väljasurumine silindrist ja kolb liigub kuni ülemise surnu seisuni. Kui kolb asub ülemises seisus, siis selle kolvi esiseina ja silindri seina vahele jääb maht V3 = V0.
3-4 Surnud mahus oleva gaasi paisumine algrõhuni P1
4-1 Sisseimemine. Kuna kompressor kulutab tööd, siis tööprotsess toimub kellaosuti vastassuunas.
Mida suurem on kahjulik maht, seda suurem on kompressori tootlikus, aga vältida seda mahtu ei saa. Kahjulik maht moodustab 2-9% silindri kogumahust ja oleneb kompressori konstruktsioonist. Kompressori põhitöö ülesandeks on kompressori poolt töö määramine. Kompressorite tööprotsesside TD analüüsimisel vaadeltakse ideaalset kompressorit millel see kahjulik maht puudub.
1-2 Isotermne
1-2’ Polütroopne n

.DOCX Laadi alla originaalfail 21 lk · .docx · 138 allalaadimist

50 punkti Autor soovib selle materjali allalaadimise eest saada 50 punkti.

~ 21 lehte Lehekülgede arv dokumendis

2012-01-04 Kuupäev, millal dokument üles laeti

138 laadimist Kokku alla laetud

0 arvamust Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid

Blodian Õppematerjali autor

Soojustehnika alused, TD protsessid, -kehad jne.

soojustehnika

Sarnased õppematerjalid

pdf

Soojustehnika eksami küsimused

Materiaalselt suletud on balloon, kolviga silinder. Termodünaamiline keha. Termodünaamilises süsteemis asuvat keha, mille vahendusel toimuvad termodünaamilised protsessid ning energialiikide vastastikune muundumine, nimetatakse termodünaamiliseks kehaks. Soojusjõuseadmetes on termodünaamiliseks kehaks aine, mis vahendab neis sisalduva või ülekantava energia muundamist tööks. Soojustransformaatorites on termodünaamiliseks kehaks aine, mille kaudu soojus siirdub jahedamalt kehalt kuumemale. Soojusjõuseadmetes ja –transformaatorites termodünaamilise kehana kasutatavat ainet nimetatakse ka töökehaks. Termodünaamiliseks kehaks võib olla nii tahke, vedel kui ka gaasiline aine. Kolbmootorites on termodünaamiliseks kehaks kütuse põlemisgaas. Aurujõuseadmes on termodünaamiliseks kehaks enamikul juhtudel veeaur. Sõltuvalt parameetritest aurujõuseadmes võib veeaur kui termodünaamiline keha töötsükli jooksul muuta oma agregaatolekut.

tehnomaterjalid

doc

Soojustehnika eksami küsimuste vastused

Soojustehnika eksamiküsimused. Aroni nägemus soojuse eksamist, ei vastuta õigsuse eest ja osad joonised ja asjad puudu ka. 1. Mida käsitleb soojustehnika ja termodünaamika ? Soojusthenika teadusharu, mis käsitleb kõiki soojusega seotud nähtusi, kusjuures on rakendusteadus. Alused rajanevad termodünaamikal ja soojuslevil. ST tegeleb soojuse tootmise ja transportimisprotsessidega, samuti jahutusprotsessidega külmutustehnika. Termodünaamika Teadus mis tegeleb erinevate energialiikide vastastikuste muundumistega (hõlmab keemilisi, füüsikalisi, mehaanilisi, sooojuslike ning elektromagneetilisi nähtusi) 2

Soojustehnika

doc

Soojustehnika eksamiküsimused (vastused)

Soojustehnika

doc

Soojustehnika - küsimused vastustused

Entroopia on vastastikustest muundumistest. Termodünaamika hõlmab ekstensiivne suurus. Entroopia kui olekufunktsiooni väärtuse mehaanilisi, soojuslike, elektrilisi, keemilisi, elektromagnetilisi ja määravad kaks meelevaldset olekuparameetrit. Gaasi entroopia muid nähtuseid. Tehnilise termodünaamika põhi ülesanne on väärtus normaaltingimustel loetakse nulliks. teoreetiliste aluste loomine, soojusmootorite, soojusjõu seadmete, soojus transformaatoritele. 4. Isohooriline protsessiks nim. sellist protsessi, kus Termodünaamilise süsteemi all mõistetakse kehade kogu, termodünaamilise süsteemi soojuslikul mõjutamisel selle maht mis võivad olla nii omavahel kui ka väliskeskkonnaga ei muutu. (v=const, dv=0). p1v1=RT1; p2v2=RT2—erimaht=> energeetilises vastumõjus. p1/T1*v=R=p2/T2*v => p1/p2=T1/T2

Soojustehnika

pdf

SOOJUSTEHNIKA EKSAMI VASTUSED

võrdne protsessis esineva entalpia muutusega. Joonis: p T v s 3) Isotermiline protsess on selline td pr, mis toimub püsival temperatuuril. (T=const, T=0). p1v1=p2v2 => p1/p2=v2/v1— Boyle-Mariotte´i seadus. Siin mehaaniline ja tehniline töö on omavahel võrdsed. Seega muundub isotermilisse protsessi antav soojus täielikult tööks. Kunaideaalse gaasi siseenergia ja entalpia sõltuvad ainut temp-ist, siis on isoterm. protsessis Δu=Δi=T(s2-s1). Ts-diagrammil väljendub isotermiline protsess horisontaalse joonena. Joonis: p T 5. Adiabaatne protsess on selline td prot. mis toimub soojuslikult isoleeritud tingimustes. (dq=0, q=0). Adiabaatilises td- lies protsessis tehtav mehaaniline töö võrdub siseenergia vähenemisega, tehniline töö entalpia

Soojustehnika

doc

Soojustehnika küsimuste vastused

1. Termodünaamika ( termodünaamiline süsteem, sise- ja väliskeskkond. Süsteemide liigitus ) Termodünaamika on teadus erinevate energialiikide vastastikustest muundumistest. Termodünaamika hõlmab mehaanilisi, soojuslike, elektrilisi, keemilisi, elektromagnetilisi ja muid nähtuseid. Tehnilise termodünaamika põhi ülesanne on teoreetiliste aluste loomine, soojusmootorite, soojusjõu seadmete, soojus transformaatoritele. Termodünaamilise süsteemi all mõistetakse kehade kogu, mis võivad olla nii omavahel kui ka väliskeskkonnaga energeetilises vastumõjus. Väliskeskkonnaks nimetatakse termodünaamilist süsteemi ümbritsevat suure mahutavusega keskkonda, mille olekuparameetrid (N: temperatuur, rõhk jne.) ei muutu, kui süsteem mõjutab seda soojuslikul, mehaanilisel või mõnel muul viisil. Süsteemide liigitus:

Soojustehnika

doc

Soojustehnika teooria eksamiks

..+Nn)kT=NkT. Järelikult gaasi tehnilist tööd ei tehta ning termodün. keha üleminekuks määrab termodünaamiliste protsesside suuna--väiksema kogurõhk p=N1/V*kT+N2/V*kT+...+Nn/V*kT. Selle olekust 1 olekusse2 vajalik soojushulk q=cp(t2-t1). tõenäosusega olekust suurema tõenäosusega olekusse. võrrandi liikmed [(N1kT)/V, (N2kT)/V,...]väljendavad Seega on isobaarilises td protsessis keha poolt Def: Soojus võib iseenesest suunduda ainult kõrgema rõhku ,nn. komponendi osa- ehk partsiaalrõhku, mida juurdesaadav või äraantav soojushulk võrdne protsessis temp. kehalt madalama temp. kehale. Ringprotsess- TD omaks antud gaasikomponentsegu temperatuuril, kui ta esineva entalpia muutusega. pr. Kus töötav keha perioodiliselt paisub ja hõivaks kogu gaasisegu mahu

Soojustehnika

pdf

Termodünaamika eksamiküsimused 2013

Termodünaamika I kordamisküsimused 2013 1. Nimetada termodünaamika kolm printsiipi. Esimene printsiip on energia jäävuse seadus, millest järeldub siseenergia U kui olekufunktsiooni olemasolu. Kui ainehulk on jääv, siis siseenergia muutus U=Q-W, kus Q on süsteemi sisestatud soojushulk ja W süsteemi tehtud töö. Teine printsiip määrab iseeneslike protsesside suuna. Klassikalised sõnastused, mille kohaselt soojus ei saa iseenesest minna külmemalt kehalt soojemale ja ei ole võimalik ehitada perioodiliselt töötavat soojusjõumasinat, mille tegevuse ainus tulemus on soojuse muundumine tööks Kolmas printsiip määrab termodünaamilises tasakaalus olevate süsteemide käitumise absoluutse nullpunkti ligidal: tasakaalulises süsteemis on entroopia absoluutse nullpunkti juures süsteemi olekust sõltumatu 2. Mida uurib statistiline , klassikaline ja tehniline termodünaamika

Masinamehaanika

Rohkem sarnaseid