тепловые устройства и инновации на основе термодинамики: учебное пособие

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» А.А.Черный ТЕПЛОВЫЕ УСТРОЙСТВА И ИННОВАЦИИ НА ОСНОВЕ ТЕРМОДИНАМИКИ Учебное пособие Пенза 2009 УДК 347 Черный А.А. Тепловые устройства и инновации на основе термодинамики: Учеб. пособие. – Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2009. - 59 с. Рассмотрены тепловые устройства и инновации на основе термодинамики. Приведены изобретения, контрольные вопросы. Учебное пособие подготовлено на кафедре «Машины и технология литейного производства» и в Научно-исследовательском институте плавки литейных сплавов при Пензенском государственном университете. Оно предназначено для студентов всех форм обучения по специальности «Машины и технология литейного производства» и других инженерных специальностей. Его можно использовать при выполнении творческих работ на уровне изобретений, полезных моделей, промышленных образцов, авторских разработок. Рецензенты: Научный совет Пензенского научного центра; А.С.Белоусов, главный металлург ОАО «Пензадизельмаш» © А.А.Черный, 2009 2 ВВЕДЕНИЕ В технике широко используются устройства, в которых применяется теплота. Теплота – это такая форма передачи энергии, при которой осуществляется обмен энергией между хаотически движущимися частицами взаимодействующих тел. Процесс передачи внутренней энергии без совершения работы называется теплообменом. Теплота, как и работа, являются не видом энергии, а формой ее передачи. Наиболее общие свойства системы описывают три начала термодинамики. Первое начало термодинамики – это закон сохранения энергии. Второе начало термодинамики гласит, что энтропия (хаос) в замкнутой системе стремится к увеличению. Третье начало утверждает, что по мере приближения температуры к абсолютному нулю энтропия системы стремится к нулю. Теплообменные процессы являются неотъемлемой частью многих производственных процессов. Теплота передается теплопроводностью, конвекцией, излучением. Происходят обратимые и необратимые процессы, круговые процессы (циклы). Широко применяются тепловые двигатели, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию. В литейном производстве используются шахтные плавильные печи – газовые вагранки, совершенствование которых на уровне изобретений продолжается. В учебном пособии приводятся сведения о двигателях внутреннего сгорания, газовых вагранках, изобретениях, разработанных с учетом закономерностей термодинамики, теплопередачи, процессов горения, теплообмена, физических и химических взаимодействий. Учебное пособие позволяет выявить новые направления по совершенствованию тепловых устройств, повышению эффективности тепловых процессов. 3 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ Возникновение термодинамики начинается с работы С.Карно (термин "термодинамика" введен Б.Томпсоном). Исследуя практическую задачу получения движения из тепла применительно к паровым машинам, он понял, что принцип получения движения из тепла необходимо рассматривать не только по отношению к паровым машинам, но к любым тепловым машинам. Был сформулирован общий метод решения задачи - термодинамический, заложивший основ