Тема 3. Второй закон термодинамики

Циклические круговые процессы. Работа и теплота цикла. Первый закон термодинамики для цикла. Прямые и обратные циклы. Оценка эффективности циклов тепловых машин, холодильных установок и тепловых насосов.

Сущность второго закона термодинамики, его основные формулировки. Энтропия термодинамической системы, ее физический смысл. Изменение энтропии в политропных процессах. Тепловая диаграмма T-s, изображение на ней политропных процессов. Цикл Карно. Графическое представление цикла Карно на тепловой и рабочей диаграммах, его термический к.п.д..

v При знакомстве с циклическими процессами нужно усвоить понятие тепловой машины, как устройства для взаимопревращения теплоты и работы. Обратить внимание на принципиальное различие между прямыми и обратными циклами с точки зрения знака цикловой работы. Уяснить смысл термического коэффициента полезного действия (к.п.д.) и отопительного (холодильного) коэффициента.

v Второй закон термодинамики являясь одним из фендаментальнейших законов природы дополняет действие первого закона с точки зрения указания направления самопроизвольного протекания процессов. Это закон асимметрии природы, утверждающий, что все процессы развиваются в направлении установления равновесия.

v В рамках технической термодинамики обратимых процессов сущность второго закона может быть сведена к двум основным положениям: - от холодного тела к горячему теплота не может переходить самопроизвольно, без затрат механической энергии; - для превращения теплоты в работу в тепловом двигателе обязательно наличие двух тепловых резервуаров, иными словами нельзя практически построить тепловую машину с к.п.д., равным единице (нельзя полностью превратить в работу всю подводимую теплоту).

v При изучении второго закона термодинамики следует усвоить его аналитическое выражение в виде dq =Tds. Обратите внимание, что здесь знаки количества теплоты dq и изменения энтропии ds совпадают. отсюда следует очень полезный вывод: при подводе теплоты энтропия всегда возрастает, а отвод теплоты сопровождается ее уменьшением.

v Нужно детально разобраться в формулах вычислений изменения энтропии в политропных процессах через изменения параметров состояния газа. Научиться графическому анализу термодинамических процессов на T-s диаграмме, которую часто называют тепловой диаграммой по причине того, что величина площади под линией процесса на ней соответствует количеству подводимой или отводимой теплоты в зависимости от знака ds.

v Изучая цикл Карно необходимо усвоить, что этот цикл составлен из последовательности дух изотермических и двух адиабатных процессов. Термический к.п.д. этого цикла зависит только от температур тепловых резервуаров h_t = 1-T_х / T_н. Здесь очень важно обратить внимание на то обстоятельство, что к.п.д. цикла Карно имеет максимально возможное значение для любых циклов в данном интервале температур.

Тема 4. Элементы термодинамики потока ^*

Основные понятия. Уравнение первого закона термодинамики для потока. Адиабатное истечение. Параметры заторможенного потока. Влияние на поток геометрии канала. Сопло и диффузор. Критическая скорость и критические параметры при течении в сопле. Сопло Лаваля.

v Здесь нужно усвоить физический смысл каждого из членов уравнения первого закона термодинамики, как уравнения энергии газового потока.

v При рассмотрении сопловых каналов уясните условия перехода скорости потока через скорость звука. Разберитесь с особенностями профилирования каналов для получения сверхзвуковых потоков в комбинированном сопле Лаваля.