Termodinamika ir termodinaminis procesas

4.1 Termodinaminis procesas Vykstant termodinaminiams procesams siluma verciama darbu.Pleciantis garui siluma transformuojasi i darba,o susliagiant darbas i siluma.Virstant vyksta siluminiame variklyja jame darbo garas naudoja siluma is sildytuvo,pliaciasi ir sukuria darba.Taciau tik tai vyktu garo pletimasis turetu tureti labia ilga cilindra,o tai neimanoma.Be to darbo garas plesdamasis netektu savo darbo vertes,susilygintu su slegiu sukuriama jega(stumuoklio ir cilindro Ftr)ir tada stumuoklis sustotu kad variklis ilgesny laika siluma transformuotu i darba reikia kartoti issipletimo procesa,tam reikia darbo gara grazinti i pradine busena t.y atlikti suslegimo procesa.Todel siluminiu varikliu rezimas yra periodinis.Ciklas-termodinaminiu procesu visuma,kad darbo garas grizta i savo pradine busena.Todel ciklu grafikai buna uzdaros kreives.Darbo garo busena per visa masinos veikimo perioda atlieka 1aji cikla.Darbo gara grazinti i pradine busena galima:1.Tiesioginis.Pletimosi procesas vyksta auksciau kritimo proceso jo kryptis kaip 1.r kad garas issiplestu jam teikiama siluma q,o darbo gara suslegiama atiduota siluma q2,taciau maziau nei buvo duota,siu siluminiu skirta darbui L.L=issipletimo darbu,ir suspaudimo darbu,skirtumai L=1a2b1.Siais ciklais dirba siluminiai varikliai.2.Atvirkstiniai.Atvirkstiniame cikle suslegimo procesas vyksta auskciau issipletimo proceso 1az.Darbo garui suslegti darba sunaudojama daugiau(2b143)negu jo gaunama issipleciant(1a234).Tokiu atveju atvirkstiniame cikle jam atlikti sunaudojamas darbas(1b2a1) ir jis yra neigiamas siais ciklais dirba siurbliai,kompresoriai,saldytuvai.Paprasciausias ciklas yra griztamasis Karno ciklas 4.2Tiesioginis karno ciklas Ciklas yra keliu procesu visuma,kai kunas grizta i pradine busena.Paiimkime sildytuva,kuriuo temp T1 ir ausintuvo nuo temp T2.Siu abieju silumos saltiniu vidine energija tokia didele,kad is vieno paemus dali silumos ir atidavus ta siluma kitam,ju temp nepasikeicia.Ciklas buna griztamas kai susideda is pusiausvyru judesiu.Sildytuvo siluma darbo kuriuo reikia tureti izotermiskai.Visais kitais atvejais darbo kuno temp bus mazesne uz saldytuvo temp T1.Darbo kuna atausinti pusiausvyriuoju procesu nuo sildytuvo iki ausintuvo temp T2 galima darbo kunui adiabatiskai pleciantis(nevykstant silumos mainu su aplinka).Todel silumos ausintuvai turi vykti izotermiskai,o darbo kuno temp padidejimas nuo T2 iki T1 vyksta ji adiabatiskai suslegiant todel Karno ciklas sudarytas is 2-ju izoterminiu (1-2;3-4) ir 2-ju adiabatiskai(2-3;4-1).Darbo kunas kuriuo pradiniai parametrai taske 1 yra cilindre su stumuokliu,cilindras saveikauja su saldytuvu ir vykstant izoterminiam procesui(1-2) gauna is saldytuvo q1=1234= T1(S2- S1).Sios silumos veikiamas darbo kunas paleciasi ir atlieka darba l1=1221.Taske 2 cilindro rysys su sildytuvo.Vykstant adiabatiniam procesui 2-3.Issipletimo darbas atliekamas,mazejant vidinei energijai l1=2332.Darbo kunas grazinamas i pradine busena todel cikliskas is pradziu saveikauja su ausintuvu kuriuo temp T2 ir siuo atveju 3-4 yra izoterminis suslegimo procesas.Sio proceso metu nuvedama temp q2(3-4 proceso metu) q2=3344= T2(S2- S1)taske 4 cilindru rysys su ausintuvu nutraukiamas ir darbo kunas grazinamas I pradine busena adiabatinio proceso metu 4-1.Izoterminio suslegimo metu 3-4 sunaudijamas darbas l2=3344 adiabatinio proceso metu sunaudojamas darbas: siuo suslegimo proceso 4-1 sunaudotas darbas reikalingas darbo kuno energijai didinti nuo temp T2 iki T1.Ciklo metu metu atliekamas issipletimo darbas l1=l1+ l2=12331.Darbo kuna grazinti i pradine busena sunaudojamas darbas l2,kuris lygus: l2=l2+ l2=3311 Ivygdzius si cikla atliekamas mechaninis darbas l=l1- l2=12341.Sudarius silumos balansa q Karno ciklui gauname,kad darbo kunas gavo is sildytuvo siluma q2 ir I mechaniny darba paverte q1- q2=ΔU1- ΔU2+l.Vidines energijos pokyciai ΔU1ir ΔU2 ira vykstant procesuose 23 ir41. l=q1- q2.Naudingas ciklo darbas l yra lygus issipletimo ir suspaudimo darbu skirtumui l=l1- l2.Ciklo terminis naudingumo koficientas η= q1- q2/ q1=1- q2/ q1= T2(S2- S1)/ T1(S2- S1)=1- T2/ T1.Terminiu naudingumo koficientu vadiname darbo transformuotos silumos q1- q2.santykis su visos darbo kunui suteiktos silumos q1 Isvados:1.Terminis naudingumo koficientas visada mazesnis uz 1.terminis gali buti lygus 1 jei T2=0 T1=∞.Taciau zemes salygomis negalime pasiekti absoliutinio 0,o be galio auksta temp T1 negalima.2. Ciklo η terminis priklauso nuo sildytuvo ir absoliutiniu temp ausintuvo.Jis dideja kylant sildytuvo temp ir krentan ausintuvo temp.3.Karno ciko η terminis nepriklauso nuo darbo kuno prigimties kadangi sioje lygtyje near ne 1 dydzio,kuris tai apsrestu 4.3 Atvirkstinis karno ciklas Kad vyktu atvirkstinis procesas reikia atlikti darba,kurio saskaita siluma is zemesnes temperatures saltinio perkeliama i aukstesnes temperatures saltini.Vykstant izoterminiam pletimosi procesui 2,3 is saldytuvo paima siluma q2 ir toliau 3,4 procesui darbo kunas adiabatiskai suslegiamas,nuo temperaturos pakyla nuo T2iki T1.Tolesnius suslegimas procesas 4,1 yra izoterminis,kuriuo metu darbo kunas atiduoda siluma q1 sildytuvui.Proceso 1,2 metu darbo kunas adiabatiskai pleciasi ir temperature nukrinta nuo T2iki T1,taip ciklas baigesi.Ciklo plotas1,2,3,4 vaizduoja silumos kieki q ir jis yra ekvivalentinis darbui q= q1- q2=l kuris sunaudojamas siam ciklui atlikti siuo ciklu dirba saldymo masinos E= q2/l= q2/ q1- q2= T2/ T1- T2 E-saldymo koficientas λ= q1/l= q1/ q1- q2= T1/ T1- T2 4.4 Antrojo termodinaminio desnio formuluotes Siluma ir darbo nera lygiavertes energijos rusys nors dimencija ju vienoda.Darba lengva paversti siluma(gamtoje vyksta nuolatos)Visai kitaip yra siluma verciant darbu.Siluminiame variklyje per 1aji tiesiogini cikla paversti siluma darbu,reik aukstos temperatures saltiniu,is garo d.q gautu silumu q1 ir tureti zemos temperatures silumos saltiny,kad geriau atiuotu q2.Kitaip sakant turi but temperaturu skirtumas.Mechaniniu darbu paverciama tik dalis silumos q1, -q2 ir siame variklyje q2 patenka zemos temperaturos i aplinka ir temperatura nepanaudojama.Taip susidaro ciklo nuostoliai ir todel silumos virtimas darbu ir darbo virtimas siluma skiriasi ir esme ir ciklu. Antrasis termodinamikos desnis nusako saligos butinas silumai paversti mechaniniu darbu ir nurodo to pavertimo ribas.1.Antros kategorijos amzinasis variklis paverciama mechaniniu darbu.Neturetu but ausintuvo q1nuvedama q2.Negalima sukurti is dideles silumos sukauptos gamtoje,darbu.2.Norint siluma paversti mechaniniu darbu reikia tureti 2 skirtingus silumos saltinius.3.Nekompensuojama siluma savaime negali pereiti nuo saltesnio i siltesni gara(silumos parenkamos is zemesnes temp saltinio i aukstesnes tempr saltiny desningumas,kai ciklas yra atvirksciais.Tokiam ciklui atlikti reikia is salies naudoti energija(kompensuoti siluma).4.Visi naturalus gamtos procesai t.y perejimas is maziau tiketinos busenos i labiau tiketina(bendriausia padaryta remiantis molekulines kinetines sandaros isvada).Pagal sia teorija siluma ira chaotiskas daleliu judejimas ivairiomis kryptimis ir ivairiais greiciais.Tvarkingas daleliu judejimas yra darbas.Tokiai energijos forma maziau tiketina. Šiluminiu varikliu ciklai 6.1 Vidaus degimo varikliu ciklai Pagal tiesiogini gryztama cikla zinome kad termini naudingumo koeficienta dideja didejant šildymo temperaturai ir mazejant ausinimo temperaturai. Iki Xxa. Pradzios vienintelis silumunis varilis buvo garo masina, kurioje buvo naudojamas zemu prametru garas. Jis buvo gaunamas tiekiant i garo katila aukstos temperaturtos degimo produktus. Tokiu atveju buvo neefektyviai isnaudojama siluma ir garo masinu terminis koeficientas buvo mazas. Isradus vidaus degimo varikli degimo produktai veike tiesiogiai masinos stumokli ir tokie varikliai buvo pavadinti vidaus degimo varikliais. Termodinamikoje nagrinejamuose teoriniuose vidaus degimo cikluose yra stengiamasi issiaiskinti ju ekonomiskuma. Tokiu budu realiuose ciklaus taikomos sekancios prielaidos. 1) priimama, kad cikle naudojamos idealios dujos. 2) Realus procesai su trintimi ir esant baigtiniam temperaturai skirtumai pakeiciami gryztamaisiais. 3) Neuzdari ciklai laikomi uzdarais 4) Laikoma, kad cikle dalyvauja pastovaus darbo kuno kiekis. Vidaus degimo varikliu ciklai skirstomi i 3 teorinius siklus: 1) greito degimo arba izochorinio silumos tiekimo ciklas (oto ciklas) 2) letojo degimo arba izobarinio silumos tiekimo siklas (dyzelio ciklas) 3) misrusis (trinbolerio ciklas) pagal vidaaus degimo varikliu charakteristikos yra sekantis ne dimensiniai dydziai: 1) suspaudimo laipsnis Σ=V1/V2 duju pradinio turio ir suslegtu duju santykis 2) slegio padidejimo laipsnis 3) λ=P3/P2 slegio izochorinio degimo pabaigoje ir pradzioje santykis. izobarinio issipletimo laipsnis: ζ=V3/V2 turiu izobarinio proceso metu pabaigoje ir pradzioje santykis 6.1.1 greitojo degimo ciklai Siuo ciklu dirba varikliai, kuriu kunas yra lengvas skystas kunas. Degusis misinys is skysto buvio ir oro sudaromas spec maisymo itaise, kuris vadinasi karbiuratoriumi. Si varikli sukure Otas. Stumokliai juda I desine puse procesas 0-1 yra isiurbimas degusis misinys ir toliau stumokliai judant atgal. Degusis misinys suspaudziamas proceso 1-2 metu. Stumokliui pasukus kaire krastine padeti,degusis misinys uzdegmas kibirkstimi. Ivyksta staigus degimas, kurio metu nesikeicia turis. Procesas 2-3 degimo procesas, jo metu gauname siluma q1 is kuro degimo produktu. Toliau pl;esdamiesi degimo produktai stuma stumokli i desine puse 3-4 procesas, kurio metu sukuriamas naudingas darbas. Siuo proceso gale atsirado ismetimo voztuvas ir izochorinio proceso 4-1 metu is cilindro isleidziamos dujos,kurios issinesa siluma q2 . Taktas tai cilindre likusiu duju isstumimas pro atvira vienetini voztuva stumokliui slenkant I kaire. Procesas 1-0. is diagramos matyti, kad ciklas neuzdaras ir jame susidaranciuose procesuose yra visi negriztamu procesu pozymiai: trintis, chemines reakcijos, baigtinis temp skirtumas ir baigtinis stumoklio greitis. Nustatome ciklo termini naudingumo koeficienta tokiu budu reikia zinoti q1 ir q2 η=1-(q2/q1) q1=cv*(T3-T2) q2=cv*(T4-T1) ηx=1-(T2-T1/T3-T2)=1/Εh-1 h-adiabates eksponente. Greito degimo temperatures naudingumo koeficientas priklauso nuo suspaudimo laipsnio E ir darbo. Kuo didesnis v1 tuo zemiau breziama izochore 4-1, atitinkamai tuo mazesnis q2. mazinant v2 izochore 2-3 atsideda auksciau ir padideja q1. tokiu atveju padideja darbas todel tobulinat greito degimo ciklo variklius. Kuo didinamas suspaudimo laipsnis E E=2-4 ηx=35% E=10-12 η=50-60% Suslegimo laipsni riboja auksta temperature ir degimo misinio sudetis. Adiabtinio suslegimo 1-2 metu, to proceso pabaigoje turi buti temperature aemesne uz savaiminio uzsidegimo temperature. 6.1.2 Letojo degimo ciklas.kad padidint suslegimo laipsni cilindre slegsime ora o kura ipurksime suslegimo takto pabaigoje.Padidinus suspaudimo laipsni  suslegto oro temperature pasiekia temperattura didesnes uz savaimine kuro uzsidegimo.Sis kuras ipurkstas i ciulindra uzsidega savaime todel nereikalinga papildoma kuro uzdegimo sistema.Kuro uzdegimas maisymasis su oru degimas trunka tam tikra laika per kuri stumoklis nuo krastines kairines padeties nusislenka I krastine desinine padeti.Kuro tiekimas reguliuojamas taip kad degimas butu izobarinis todel ir sie variklaiai vadinami letojo degimo. 1aji toki varikli sukure dyzelis.I cilindra isiurbiamas oras ir uzdarius isiurbimo voztuva jis proceso 1-2 metu suspaudziamas (adiabatinis procesas)takto pabaigoje.Taske 2 oro temperature siekia 3-4 MPa ir ipurskiamas kuras kuris uzsidega ir dega izobariskai 2-3 procesas suteikdamas degimo produktams siluma q1.Produktai adiabatinio proceso metu 3-4 metu kai stumoklis stumiamas I desine padeti.Taske 4 atsidaro ismetimo voztuvas ir dujos isleidziamos I atmosfera atitinkamai isinesdamos siluma q2.4-1 izochorinis ismetimo procesas. q1=Cp(T3-T2) q2=Cv(T4-T1) ciklo terminis nadingumo koef: =1-q2/q1=1- Cv(T4-T1)/Cp(T3-T2)=1-1/k*(T4-T1)/(T3-T2) =1-(1/k)*(1/k-1)*(qk-1/-1) -suspaudimo laipsnis -izobarinio isipletimo laipsnis k-adiabates eksponente Cikolo ekonomiskumas dideja didinant  ir mazinant .Letojo degimo ciklu veikia seni dyz.varikliai kuriuose kuras ipurskiamas auksto slegio oru kuris gaunamas sukant kompresoriu. 6.1.3 Misrus ciklas. Visi savaiminio uzsidegimo varikliai dirba misriu ciklu.kuriame kaip kuras naudijama nafta. Ir kuris vadinamas Trinklerio ciklas. Siuose varikliuose kuras ispurskiamas specialioje kameroje. Ji vadinama prieskameriu. Sis prieskameris irengtas cilindro virsuje ir sujungtas su cilindru vienu arba dviem siaurais kanalais. Oro suspaudimo metu slegis cilindre p1 dideja greiciau negu prieskameryje, todel oro srautas is cilindro verzdamasis I prieskameri pradeda smulkiai purksti skysta kura. Nuo uzsiliepsnojimo momento slegis prieskameryje tampa didesnis negu cilindre, todel degimo produktu srautas pakeites savo krypty, dideliu greiciu sukuriais verziasi is prieskamerio I cilindra ir jame gerai kura sumaiso su oru. η=1-(1/εk-1)*(λρk-1)/((λ-1)+kλ(ρ-1)). 6.2 Duju turbine ciklai. Duju turbinose, dirba skystojo arba dujinio kuro degimo produktai. Juose gryztamai zengiamas judesys yra pakeistas rotoriaus sukimosi judesiu. Siuose varikliuse degimo produktu adiebatini issipletima vykdome iki galo. Duju turbine darbas gaunamas agento kinetines energijos deka. 1-2 adiebatinis oro suspaudimo procesas kompresoriuje. 2-3 izobarinis silumos tiekimas degimo kameroje. 3-4 adiebatinis degimo prodiktu issipletimas tutose 4-1 izobarinis silumos atidavimas aplinkai. 6.3.1 principine silumines elektrines schema. 1-garo katilas, 2- garo perkaitintuvas, 3-garo turbine, 4-elektros generatorius, 5-kondencatorius, 6-kondencato siurblys, 7-maitinimo bakas, chemiskai valyto vandens tiekimas. 6.3.2 Vandens garo karno ciklas. Garo jegainiu paskirtis kuro energija transformuoti mechanine. 1-2-3-4 karno ciklas, simian cikle: 1-2 izoterminis izobarinis vendens garinimo procesas garo katile, 2-3 adiedatinis garo issipletimas garo variklyje, 3-4 izoterminis izobarinis atidirbusio garo kondencacijos procesas. Karno cikle garo kondencacija nevykdoma iki galo, taske 4 turime garo ir vandens misini. Taskas K - kritinis taskas. 6.3.3 Renkino ciklas. Karno cikle atidirbusio garo izobarinis-izoterminis kondencacijos procesas vykdomas iki galo t.y. iki zemutines ribines kreives, kur visas garas virsta vandeniu. Vanduo I katila perpumpuojamas siurbliu. Renkinio ciklas yra sudarytas is dvieju izobaru, adiebatos ir izochoros 1- perkaitinto garo bukle pries turbine. Atidirbusi gara isleisdziame I specialu aparata vadinama kondencatoriumi, jame susidaro slegis, zemesnis uz atmosferini. Diagramoje izoterminis izobarinis procesas vaizduojamas vaizduojamas tiese 2-2’, 2’-3 yra kondensato perpumpavimo I garo katila procesas, jame slegis kyla nuo p1 iki p2. si procesa laikome izochoriniu. 3-4 garo katile izobarinis vandens sildymas iki virimo temperatures, 4-5 izoterminis-izobarinis vandens garinimoo procesas katile, sio proceso pabaigoje turime sausa sotu gara. 5-1 izobarinis perkaitinimo procesas. Renkinio ciklo naudingumo k. galime apskaiciuoti η=(q1-q2)/q1. 6.3.4 Termofikacija. Siluminese elektrinese elektros energijos ir silumos gamyba centralizuoto silumos tiekimo bazeje yra vadinama termofikacija. Termofikacineme cikle bendras naudingimo koeficiantas paskaiciojamas: η=(l+q2)/q1. 6.3.5 Regeneracinis ciklas. Tai ciklai, kuriuose I katila tiekemas kondencatas pasildomas garu, nuimtu is turbinos tarpiniu laipsniu. Kondencatas pasildomas regeneraciniuose sildytuvuose. Naudingumas paskaiciuojamas η=(q1-q2)/q1. 7.1 Saldymo masinu ciklai, pagrindines savokos. Technikoje salciu vadiname siluma, nuvedama nuo kunu, kuriu temperature yra zemesne uz aplinkos temperature. Saldymo masinos dirba pagal atvirkscius ciklus, kuriuose suspaudimo kreive eina auksciau uz issipletimo kreive, norint kad vyktu atvirkscias ciklas reikia eikvoti darba. 7.2 Garo kompresijos saldymo masina. 1- saldoma patalpa 2- oro kompresorius, 3- oro ausintuvas, 4- issipletimo cilindras. Plotas 1-2-5-6 vaizduoja darba, eikvojama kompresoriui, plotas 5-3-4-6 detanderio darbas. 1-2-3-4 saldymo darbas. Koeficiantas skaiciojamas ε=1/((p2/p1)(k-1)/k-1). 7.3 Silumos siurblio darbas. Silumioniai siurbliai dirba pagal atvirkscius ciklus. Siluminai siurbliai skirti sildyti. Siluminio siurblio cikle, eikvojant darba l is zemesnes temperatures saltinio paimama siluma q2 ir atiduodama siluma q1=l+q2 aukstesnes silumos saltiniui- sildymo sistemai. Silumos siurblio isnaudojimo koeficiantas χ=q1/l. 8.1 Pirmas termodianmikos desnis duju srautui Technikoje gana daznas atviros sistemos kuriose vyksta ne tik silumos mainai, bet ir mases,pvz duju ar garo pletimaisi turbinose.Terdin nagrinejamas tolydus duju srautas,kai per kiekviena skerspjuvi prateka tas pats darbo kuno kiekis palaipsniui keiciantis jo parametrams..pjuviuose 1-1 ir 2-2. q1-2 i aplinka atiduoma siluma. Sraute gali buti irengtas mechanizmas kuris naudodamas srauto energija atliks technini darba. ltch. Duju srautui tarp 1-1 ir 2-2 taikome pirmo termo dinamikos desnio israiska q=∆u+l. q1-2=x2-h1+ltech+(w2^2-w1^2)/2 tai ir yra termodinamikos desnio israiska duju srautui:duju srautui teikiama siluma naudojama duju entalpijai ir srauto kinetinei energijai didinti bei techniniam darbui atlikti. 8.2 Duju tekejimas tutomis ir difuzoriais Wdw=-vdp si lygtis apibrezia pagrindine duju savybe t.y mazejant duju slegiui dideja ju greitis ir atvirksciai. Jeigu tenakciam dujoms kanalu is isores negaunama ir neatiduodama siluma tai toks tekejimas adjebatinis. Idealu tekejima galime laikyti adjebatiniu tuo atveju kai duju srautas turi dideli greiti ir kelias yra trumpas. Tokiu atveju dujos nespeja atiduoti ir gauti silumo. Iskkiriami 2 duju tekejimo atvejai: 1)dp0; dujoms adjebatiskai pleciantis o tia rodo mazejantis slegis darbas atliekamas del to kad mazeja ju vidine energija arba (T). 2)dp>0; dw0; adjabatiskai slegiamou duju padideja ir vidine energija ir (T). Sie du tekejimo atvejai gali buti skirtingo profilio kanaluose, kurie vadinami tutomis ir difuzoriais. Duju tekejimas Tutomis: tuta tai kanalas kuriame mazejant duju slegis yra didinamas ju greitis tutose yra 1)riedejimo atvejis tuta yra siaurejanti,jeigu duju itekejimo greitis yra mazesnis uz garso greiti(a^2-w^2>0;w

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!