Перший закон термодинаміки

Параметри тіла

Робоче тіло – речовина яка здатна сприймати теплоту та здійснювати роботу.

Робочим тілом теплотехніки є газ, водяна пара.

Величини які характеризують стан робочого тіла називаються параметрами.

Основні параметри: тиск, температура, питомий об’єм.

Параметром стану є абсолютна температура шкали Кельвіна:

Питомий об’єм: [кг/м³]

Рівняння стану ідеального газу

Рівняння стану ідеального газу — формула, що встановлює залежність між тиском, молярним об'ємом і абсолютною температурою класичного ідеального газу.

Величини P,V,T характеризують термодинамічний стан газу і залежить одне від одного.

Для 1 кг газу цю сталу величину називають газовою сталою R.

-молекулярна маса.

PV=RT – рівняння ідеального газу

RV=MRT -

Перший закон термодинаміки

Закон збереження і перетворення енергії, поширений на теплові явища, називається першим законом термодинаміки.

Зміна внутрішньої енергії ΔU при переході її із одного стану в інший дорівнює сумі роботи зовнішніх сил А і кількості теплоти Q, переданої системі:

Кількість теплоти, що надається системі, витрачається на зміну внутрішньої енергії системи і на здійснення системою роботи проти зовнішніх сил.

Цикл Ренкіна.

1. Паровий котел

2. Пароперегрівник

3. Трубопровід

4. Парова турбіна

5. Генератор

6. Конденсатор

7. Збірник конденсату

8. Насос

- Термічний ККД циклу Ренкіна

Шляхи підвищення ККД:

1.Підвищення початкових параметрів;

2.Пониження кінцевого тиску розширення;

3.Використання проміжного перегріву пари.

Теплоємність

Теплоємність — фізична величина, яка визначається кількістю теплоти, яку потрібно надати тілу для зміни його температури на один градус.

Питома теплоє́мність (c) — кількість теплоти, яку необхідно надати одиниці маси, щоб нагріти її на 1°C, або ж кількість теплоти, що виділяється при охолодженні одиниці маси речовини:

де Q — кількість теплоти, отримана речовиною при нагріванні (або, що виділилася при охолодженні ), m — маса речовини, що нагрівається (або охолоджується), ΔT — різниця кінцевої і початкової температур речовини.

В СІ питома теплоємність вимірюється у Дж/кг·К або Дж/кг·°C.

Водяна пара

Водяна́ па́ра — газоподібний стан води.

Пароутво́рення — процес переходу речовини з рідкого стану у газоподібний.

Розрізняють такі основні види станів пари хімічно чистих речовин:

Насичена пара — пара, яка перебуває в термодинамічній рівновазі зі своєю рідиною.

Пара насичена волога — суміш пари і дрібненьких крапель рідини, що утворюється під час кипіння.

Пара насичена суха — пара насичена, яка перебуває в нестійкому стані під час переходу із насиченої пари в пару перегріту.

Ненасичена пара - пара, яка не перебуває в динамічній рівновазі зі своєю рідиною

Перенасичена пара - тиск якої перевищує тиск насиченої пари за даної температури.

Пара перегріта — пара, яка при однаковому тиску з насиченою має температуру вищу, ніж температура кипіння.

Ентальпія – теплота витрачена для підігріву води від 0 до температури кипіння.

Прихована теплота пароутворення- тепло витрачене на перетворення киплячої води в суху насичену пару.

Х- Степінь сухості пари – кількість сухої пари в 1 кг вологої.

X = 1 – суха пара

Х = 0 – кипляча вода

Теплопередача

Теплопередача — фізичний процес передавання енергії у вигляді певної кількості теплоти від тіла з вищою температурою до тіла з нижчою температурою до настання термодинамічної рівноваги.

Розрізняють три основні способи теплопередачі:

1. Теплопровідність

2. Випромінювання

3. Конвекція

Основні елементи котельної установки:

Барабан котла - в якому знаходиться живильна вода і збирається волога пара.

Топка з екранними трубами - де проходить згорання палива.Топки бувають шарові (слойові), камерні для рідинного та газоподібного палива.

Пароперегрівник - призначений для перегріву сухої пари при одному й тому самому тиску, але при більшій температурі(500^о-600^о).

Економайзери - призначені для підігріву живильної води.

Повітряні підігрівачі - для підігріву повітря відхідними газами яке поступає в топку з паливом.

Дуттєвий вентилятор - для подачі повітря в повітряний підігрівач.

Димосос – для створення тяги котельним агрегатом.

Димова труба – для створення природної тяги.

Живильні насоси – служать для подачі води в котел.

Теплопрові́дність — це передача теплоти між безпосередньо дотикаючими частинками тіл.

- температура зовнішньої поверхні стінки

- температура внутрішньої поверхні стінки

- поверхня стінки

- товщина стінки

- коефіцієнт теплопровідності

Конвекція – переніс теплоти частинками рідини або газу шляхом взаємного переміщення цих частинок.

Кількість теплоти при конвективному теплообміну визначається по закону Ньютона-Рихмана:

- коефіцієнт тепловіддачі;

- температура стінки

- температура рідини

F - поверхня стінки

Випромінювання: особливість цього теплообміну є відсутність безпосередньо дотикаючих тіл.

Теплообмін може проходити на великій відстані. Всі тіла при температурі від 0 здатні випромінювати, поглинати, і відбивати променеву енергію.

Теплопередача -це процес передачі тепла від одного теплоносія до іншого, через розподільну стінку, він складається з простих видів теплообміну:

1. Конвективний теплообмін між гріючим середовищем і поверхнею стінки.

2. Передача теплоти теплопровідністю через стінку

3. Конвективний теплообмін між внутрішньою поверхнею стінки та нагрівальним середовищем.

- основне рівняння

- рівняння теплового балансу.

С – теплоємність

М – маса продукту

К – коефіцієнт теплопередачі

Паливо

Паливо – це складна хімічна речовина яка складається з горючих і негорючих елементів.

До горючих елементів палива відносяться: вуглець, водень

До негорючих: кисень, азот, волога зола.

Основною характеристикою є теплота згорання палива - це кількість теплоти яка виділяється при згоранні 1 кг твердого, 1м³ газоподібного палива.

Формула Менделеева:

О^P_Н = 81 С^Р + 246Н^Р – 26 (О^Р - S^Р) – 6 W^Р,[ккал/кг]