Жылу техникасы

ЖЫЛУ ТЕХНИКАСЫ

050713 «Көлік, көлік техникасы және технологиялар» мамандығы
ДӘРІСТЕР

Өскемен

Дәріс №1
ДЕНЕ КҮЙІНІҢ НЕГІЗГІ

ТЕРМОДИНАМИКАЛЫҚ ПАРАМЕТРЛЕРІ
Жылу техникасы пәні әртүрлі жылу машиналарында жылу және жұмыстың өзара түрлену процестерін зерттейді.

Жылу қозғалтқыштарында жылудың жұмысқа түрленуі жұмыстық дененің көмегімен жүзеге асырылады. Іштен жану қозғалтқыштарында және газотурбиналық қондырғыларда қаралатын процестерде жұмыстық дене ретінде газ алынады. Бу қозғалтқыштарындағы процестерде жұмыстық дене ретінде газ күйінен сұйық және сұйық күйінен газ күйіне лезде айналатын бу алынады.

Дененің физикалық күйін сипаттайтын шамалар күй параметрлері деп аталады.

Күй параметрлері деп келесі шамаларды айта аламыз: меншікті көлем, абсолют қысым, абсолют температура, ішкі энергия, энтальпия, энтропия, концентрация, изохоралық-изотермиялық потенциал тағы с.с.

Жылу техникасында біртекті дененің күйі үш параметрмен анықталады: меншікті көлем, абсолют температура және абсолют қысым.

Осы негізгі үш параметрлер бір бірімен математикалық тәуелділікпен байланысқан.

мұнда V – кез-келген мөлшердегі заттың көлемі, м³;

Қысым дегеніміз бетке әсер ететін күштің (күштің нормаль құраушысы) осы беттің ауданына қатынасымен анықталатын шама (Р, Па=Н/м²)

мұнда F_н - күштің нормаль құраушысы, Н;

S - әсер ететін күшке нормаль беттің ауданы, м².

Халықаралық бірліктер жүйесіне (СИ) сәйкес бір шаршы метрге түсетін меншікті қысым Ньютонмен (Н/м²) өлшенеді. Қысымның бұл өлшем бірлігі Паскаль (Па) деп аталады. Бір мегапаскаль 10⁶ Па тең (1 МПа= = 10⁶ Па).

Техникада осы кезге дейін меншікті қысымның ескі өлшем бірлігі қолданылады, ол техникалық атмосфера (ат) - 1 см² ауданға әсер ететін 1 кгс күш.

1 ат = 1 кгс/см² = 10⁴ кгс/м² = 9,81- 10⁴ Н/м² = 0,981 бар; 1 бар = 1,01972 кгс/см².

Қысымның түрлері: атмосфералық, артық және вакуум (сиретілген). Теңіз деңгейіндегі атмосфералық ауаның қысымы атмосфералық қысым деп аталады. Атмосфералық қысымның шамасы ретінде 760 мм сынап бағанасына тең қысым қабылданады (бір физикалық атмосфера – атм деп белгіленеді). Сонымен, атм = 760 миллиметр сынап бағанасы (мм. сын.бағ.).

Егер қысым атмосфералық қысымнан үлкен болса – артық, ал кіші болса – вакуум (сиретілген) деп аталады.

Қысымды өлшеу үшін манометрлер, атмосфералық қысымды – бараметрлер, вакуум (сиретілген) - вакуумметрлер қолданылады.

Тек ғана абсолют қысым дене күйінің термодинамикалық параметрі болып табылады, ол қысымның абсолют нолінен немесе абсолют вакуумнен бастап саналады.

Техникада қысымды өлшеу үшін абсолют (толық) қысымды емес, абсолют және атмосфералық (бараметрлік) қысымдар айырымын өлшейтін аспаптар қолданылады. Атмосфералық қысымнан үлкен қысымдарды өлшеуге арналған аспаптар манометрлер деп аталады. Манометрлер атмосфералық қысымнан артық қысымды өлшеу үшін қолданылады.

Абсолют қысым төмендегі өрнекпен анықталады

мұнда В – атмосфералық немесе бараметрлік қысым.

Молекулалардың ілгерілемелі қозғалысының орташа кинетикалық энергиясымен mw²/2 нақты газдың абсолют температурасының Т арасындағы өзара байланыс

жылдамдығының орташа квадраты;

k= 1,38*10²³ Дж/К – Больцман тұрақтысы.
Қазіргі кезде екі температуралық шкала қолданылады.

1. 
   Халықаралық тәжірибелік температуралық шкала Цельсия (°С), негізгі қадабелгі нүкте ретінде мұздың еру нүктесі қабылданған (t₀ =0 С) қалыпты атмосфералық қысымда (р₀= 760 мм сын. бағ.) және судың қайнау температурасы сол қысымда - t_k=100 °С.
   
2. 
   Термодинамиканың екінші заңына негізделген температураның термодинамикалық шкаласы.
   

Осы температуралардың арасындағы байланыс:

Абсолют температура – тек оң шама. Температураның абсолют нөлінде (T=0К= -273,15°С) молекулалардың жылу қозғалысы тоқтайды. Температураның абсолют нөлі қол жетпейтін шама, өйткені молекулардың жылу қозғалысы материяның тән қасиеті, қозғалыстың тоқтауы материяның сақтау заңына қайшы келеді.

ЖЫЛУ МЕН ЖҰМЫС

Термодинамикалық процес кезінде денелердің энергиясы өзгереді. Бір денеден екінші денеге энергияның берілуі екі тәсілмен өтеді.

Бірінші тәсілмен бір денеден екінші денеге берілген энергия мөлшері жылу мөлшері, ал тәсіл – жылу түрінде энергияның берілуі деп аталады. Дененің жылу түрінде алған энергия мөлшері жеткізілген жылу, ал жылу түрінде денемен берілген энергия мөлшері – алынған жылу деп аталады.

Жылу джоуль немесе килоджоулмен өрнектеледі. Жылу мөлшері - Q, ал меншікті (1 кг үшін) – q белгіленеді. Жеткізілген жылу - оң, алынған жылу – теріс болады.

Екінші тәсіл: энергия берілісінің екінші тәсілі күштік өрісі немесе сыртқы қысыммен байланысты. Бұл тәсілмен энергия берілісі болу үшін дене күштік өрісте қозғалуы, немесе сыртқы қысымның әсерінен өз көлемін өзгертуі қажет.

Бұл тәсіл жұмыс түрінде энергияның берілуі, ал процесте берілген энергияның мөлшері - жұмыс деп аталады.

Жұмыс түрінде денемен алынған энергия мөлшері жасалған жұмыс, жұмыс түрінде берілген энергия – дененің жұмсаған жұмысы деп аталады.

Жұмыс джоуль немесе килоджоулмен өрнектеледі. Денемен жұмсалған жұмыс – оң, ал дененің жасаған жұмысы – теріс болады.

Жұмыс түрінде берілген энергияның мөлшері - L, ал меншікті - l деп белгіленеді.