Пәннің аты: Жылу және жылу техника негіздері

Іс жүзінде жарамды алғашқы газдық Іштен жану қозғалтқышын француз механигі Этьен Ленуар құрастырды (1860). 1876 жылы неміс өнертапқышы Николаус Аугуст Отто жетілдірілген 4 тактілі газдық Іштен жану қозғалтқышын жасады. Бу машиналы қондырғымен салыстырғанда Іштен жану қозғалтқышы қарапайым (Іштен жану қозғалтқышыта энергияны түрлендіргіш бір буын – бу қазанды агрегат болмайды), жинақы, қуат бірлігіне келетін массасы аз әрі тиімді болып келеді. Бірақ Іштен жану қозғалтқышына жоғары сапалы отын (газ, мұнай) қажет.

Анықтама: термодинамикалық жүйе дегеніміз-өзара және қоршаған ортамен өзара әрекеттесетін материалдық денелер жиынтығы. Қарастырылып отырған жүйенің шекарасынан тыс барлық денелер қоршаған орта деп аталады.

Бірдей дене болғандықтан, әр түрлі жағдайда бірдей зат әр түрлі күйде болуы мүмкін, (мысалы: мұз–су–бу, әр түрлі температурада бір зат) ыңғайлы болу үшін заттың күйінің сипаттамалары - күй параметрлері деп аталады.

Біз зат күйінің негізгі параметрлерін тізімдейміз:

Дене температурасы-денелер арасындағы жылудың мүмкін болатын өздігінен ауысу бағытын анықтайды.

Қазіргі уақытта әлемде бірнеше температура шкалалары мен температураны өлшеу бірліктері бар.. Еуропада ең көп таралған Цельсий шкаласы мұндағы нөлдік температура-атмосфералық қысымдағы судың қату температурасы, ал атмосфералық қысымдағы судың қайнау температурасы 100 градус Цельсий (° C) ретінде қабылданады. Солтүстік Америкада Фаренгейт шкаласы қолданылады. Термодинамикалық есептеулер үшін абсолютті шкала немесе Кельвин шкаласы өте ыңғайлы. Бұл шкалада нөл абсолютті нөлдің температурасын алады, осы температурада заттағы кез-келген жылу қозғалысы тоқтайды. Сандық тұрғыдан Кельвин шкаласының бір дәрежесі Цельсий шкаласының бір дәрежесіне тең.

Абсолютті шкала бойынша көрсетілген Температура абсолютті температура деп аталады.

Цельсий градусынан Кельвин градусына өту қатынасы:

T [K] = t [° C] + 273.15

T-кельвиндегі температура;

t-Цельсий бойынша температура.

Қысым-бұл дененің бетіне қалыпты әсер ететін және сол беттің аудан бірлігіне тағайындалған күш.

Қысымды өлшеу үшін әртүрлі өлшем бірліктері қолданылады. Стандартты si өлшеу жүйесінде Бірлік Паскаль (Па) болып табылады.

Бірліктер арасындағы қатынас:

1 бар = 105 Па

1 кг / см2 (атмосфера) = 9.8067 ґ 104 Па

1 мм сын. бағ. ст (сынап бағанының миллиметрі) = 133 Па

1 мм су. ст. (су бағанының миллиметрі) 9.8067 Па

Тығыздық-зат массасының осы зат алатын көлемге қатынасы.

r = m / V

Меншікті көлем-бұл тығыздықтың кері мәні, яғни. зат алған көлемнің оның массасына қатынасы.

v = 1/r = V / m

Анықтама: егер термодинамикалық жүйеде жүйеге кіретін кез-келген дененің параметрлерінің кем дегенде біреуі өзгерсе, онда жүйеде термодинамикалық процесс жүреді.

Күйдің негізгі термодинамикалық параметрлері Р, V, Т біртекті дене бір-біріне тәуелді және күй теңдеуімен өзара байланысты:

F (P, V, Т)

Идеал газ үшін күй теңдеуі келесідей жазылады:

R v V = R R T

қайда:

P-қысым

v-меншікті көлем

T-температура

R-газ тұрақтысы (әр газдың өзіндік мәні бар)

Егер күй теңдеуі белгілі болса, онда қарапайым жүйелердің күйін анықтау үшін 3-тен екі тәуелсіз айнымалыны білу жеткілікті

Р = f1 (v, т); v = f2 (Р, Т); Т = f3 (v, Р)

Термодинамикалық процестер көбінесе күй графиктерінде бейнеленеді, онда күй параметрлері осьтер бойымен қойылады. Мұндай графиктің жазықтығындағы нүктелер жүйенің белгілі бір күйіне сәйкес келеді, графиктегі сызықтар жүйені бір күйден екінші күйге ауыстыратын термодинамикалық процестерге сәйкес келеді.

Бір денеден тұратын термодинамикалық жүйені қарастырыңыз-поршеньді ыдыстағы газ, бұл жағдайда ыдыс пен поршень сыртқы орта болып табылады. Мысалы, ыдыста газдың қызуы орын алсын, екі жағдай болуы мүмкін:

1) Егер поршень бекітілген болса және көлемі өзгермесе, онда ыдыста қысымның жоғарылауы болады. Мұндай процесс тұрақты көлемде жүретін изохоралық (v=const) деп аталады;

P-T координаттарындағы изохоралық процестер:

v1>v2>v3
2) Егер поршень бос болса, онда қыздырылған газ кеңейеді, тұрақты қысымда мұндай процесс изобарлық (P=const) деп аталады, тұрақты қысымда жүреді.

V – t координаттарындағы изобарлық процестер

P1>P2>P3

Егер поршеньді жылжыту арқылы ыдыстағы газдың көлемін өзгертсеңіз, онда газдың температурасы да өзгереді, бірақ мүмкін газды сығу кезінде ыдысты салқындату және кеңейту кезінде қыздыру арқылы температура көлем мен қысымның өзгеруімен тұрақты болатындығына қол жеткізуге болады, мұндай процесс изотермиялық деп аталады (Т=const).

P-v координаттарындағы изотермиялық процестер

T1>T2 >T3

Жүйе мен қоршаған орта арасында жылу алмасу болмаған Процесс адиабат деп аталады, жүйеде жылу мөлшері тұрақты болып қалады (Q=const). Шынайы өмірде адиабаталық процестер жоқ өйткені жүйені қоршаған ортадан толығымен оқшаулау мүмкін емес. Алайда, қоршаған ортамен жылу алмасу өте аз болатын процестер жиі кездеседі, мысалы, поршень мен ыдысты жылыту арқылы жылу шығаруға уақыт болмаған кезде ыдыстағы газдың поршеньмен тез қысылуы.

P-v координаттарындағы адиабаталық процестің шамамен графигі.

Жоғарыда қарастырылған, ГТҚ-ның оқшауланған циклындағы, отынның жанушы өнімінің атмосфераға шығуы немесе ГТҚ-дан шығуы бойынша келешекте пайдалану. Осыған байланысты, жұмысшы дене, толассыз толығады, сондықтан сығымдағышта сығылу жұмысы атқарылу үшін, атмосферадан жаңа ауаның санды мөлшері толассыз қосылып отырады.

Тұйықталған циклда, жұмысшы денені, қайталап пайдаланады. ГТҚ-ның оңашаланған циклымен салыстырғанда, мұнда, қосымша бетті салқындатушы қажеттілігіне арналған, жұмысшы денені салқындату - ауаның сығымдаушыға қайта түсуінде. Жұмысшы дене ретінде, ауаны және басқа газдарды қолданады, тек қана жанушы өнімді қолданбайды.

1 суретте - сығымдаушыда сығылған ауа 2 ден 3...4 МПа қысымымен, регенератор 6 арқылы, ауалы қазандыққа 9 бағытталады да, мұнда, оның құбыршалы беті арқылы өтеді және тұрақты қысым кезіндегі, 690...700°С дейінгі, температурада қыздырылады.

ГТҚ-сатысының дағдылы кезіндегісі үшін, қысымның ұлғаюын, ауаның жоғарғы бастапқы қысымының 4...5 МПа дейінгісіне қолданады және осыған сәйкес, циклдағы жоғарғы соңғы қысымда, бұлар турбина мен сығымдаушының өлшемдерін кішірейтуге мүмкіндік береді. Ауалы қазандықта 9, сыртқы жағуды 8 қолдануда, ГТҚ-да қатты немесе төменгі сортты сұйық отынды пайдалану мүмкіндігін береді. Бұл вариантта, турбинаға таза ауа немесе газ келіп түседі. Сондықтан, турбинаға кірер алдындағы, газдағы күлдердің қатты бөлшектерінен тазалау, қиын болмайды, мұндай жағдай ГТҚ-ның оңашаланған сүлбесінде орын алады.

Бұл қондырғының жақсы жағы - қондырғыны ең тиімді санды реттеуді қолдану мүмкідігі. Бұған, барлық цикл процессіне қатысатын, газ мөлшерін өзгерту арқылы, жетуге болады және онын қысымын, сүлбеге, қосымша сиымдылықты қосу жолымен де кемітуге болады. Оған, аз жүктеме кезіндегі газдың біраз бөлігін жібереді және одан, үлкен жүктеме кезіндегі, газ жетіспеушілікті қайтадан алып, жүйеге толықтыра қосады.