0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое адиабатный двигатель

Идеальным называется такой газ, в котором нет взаимодействий между его частицами, и их размеры равны нулю. В природе, конечно же, не существует идеальных на сто процентов газов, поскольку все они состоят из имеющих размеры молекул и атомов, которые взаимодействуют друг с другом всегда как минимум с помощью ван-дер-ваальсовых сил. Тем не менее, описанная модель часто выполняется с достаточной для решения практических задач точностью для многих реальных газов.

Вам будет интересно: Атеизм и антиклерикализм — это. В чем отличие понятий

Главным уравнением идеального газа является закон Клапейрона-Менделеева. Он записывается в следующей форме:

Это уравнение устанавливает прямую пропорциональность между произведением давления P на объем V и количества вещества n на абсолютную температуру T. Величина R — газовая константа, которая играет роль коэффициента пропорциональности.

Следствие из первого начала термодинамики для адиабатического процесса

Допустим, что в системе произошел адиабатный процесс. В этом случае можно, не вдаваясь в мельчайшие детали, говорить о том, что газ при расширении совершает работу, но при этом он теряет свою внутреннюю энергию. Иными словами, работа, совершаемая при адиабатном расширении газа, будет осуществляться за счет убыли внутренней энергии. Следовательно, в качестве исхода этого процесса мы будем рассматривать понижение температуры самого вещества.

Абсолютно логично можно предположить, что если газ будет адиабатически сжат, его температура вырастет. Несложно заметить, что в ходе процесса будут изменяться все главные характеристики идеального газа. Речь идет о его давлении, объеме и температуре. Следовательно, грубой ошибкой стало название адиабатического процесса изопроцессом.

Уравнение Пуассона для адиабаты идеального газа

Идеальный газ представляет собой систему, в которой частицы движутся хаотично с большими скоростями, не взаимодействуют друг с другом и являются безразмерными. Такая модель является очень простой с точки зрения ее математического описания.

Согласно определению адиабатного процесса, можно записать следующее выражение в соответствии с первым законом термодинамики:

Иными словами, газ, расширяясь или сжимаясь, совершает работу P*dV за счет соответствующего изменения своей внутренней энергии dU.

В случае идеального газа, если воспользоваться уравнением его состояния (закон Клапейрона-Менделеева), то можно получить следующее выражение:

Это равенство называется уравнением Пуассона. Люди, которые знакомы с физикой газов, заметят, что если величина γ будет равна 1, то уравнение Пуассона перейдет в закон Бойля-Мариотта (изотермический процесс). Однако такое преобразование уравнений невозможно, поскольку γ для любого типа идеального газа больше единицы. Величина γ (гамма) называется показателем адиабаты идеального газа. Рассмотрим подробнее его физический смысл.

Типы адиабатических увлажнителей воздуха

Ультразвуковые увлажнители – принцип действия увлажнителей этого типа основан на ультразвуковом туманообразовании: данный эффект достигается путем высокочастотных колебаний керамического пьезоэлемента, образующие на поверхности воды поперечные волны, на вершинах которых формируются и отрываются от поверхности капли воды (размером порядка 5 микрон), создающие туман, который разносится потоком воздуха.

Бытовые ультразвуковые увлажнители благодаря доступности во всех ценовых категориях являются самыми распространенными. При довольно низком электропотреблении они способны повысить уровень влажности в помещении до 70%. Главный минус бытовых ультразвуковых увлажнителей – это быстрый рост микробов в емкости с водой и выброс их в воздух. Крайне необходимо менять воду в резервуаре не реже раза в сутки и мыть ежедневно внутренние поверхности, в противном случае содержание микроорганизмов в воздухе увеличится в 100 и более раз. При этом нельзя использовать дезинфицирующие добавки, так как в процессе работы прибора они могут попадать в воздух и затем в легкие при вдыхании.

Профессиональные (канальные) ультразвуковые увлажнители также отличаются низким энергопотреблением благодаря реализации процесса адиабатного увлажнения. Данный тип увлажнителей способен поддерживать уровень относительной влажности в обслуживаемом помещении в широком диапазоне и с высокой точностью. Основным недостатком увлажнителей данного типа тоже является опасность развития микроорганизмов в емкости с водой и на элементах системы вентиляции и кондиционирования, что приводит к необходимости проведения дезинфекции всей системы вентиляции 1 – 2 раза в год и, соответственно, к увеличению стоимости проведения технического обслуживания.

Традиционные увлажнители – принцип действия таких увлажнителей основан на контактном методе, воздух проходит через увлажнитель, в котором искусственно создается плёнка воды большой площади, и контактирует с влагой, таким образом достигается увлажнение воздуха.

Читать еще:  Двигатель z16xer холостые обороты

Бытовые традиционные увлажнители воздуха характеризуются низким энергопотреблением, а также эффектом очищения воздуха, который достигается благодаря оседанию части пыли на мокрых поверхностях. Приборы данного типа имеют ряд значительных недостатков – резкое уменьшение производительности с увеличением влажности воздуха, что не позволяет поднять уровень влажности выше 30%, быстрое загрязнение воды в резервуаре приводит к увеличению содержания микробов в помещении, шум вентилятора.

Профессиональные (канальные) традиционные увлажнители, как и все адиабатические, отличаются значительной энергоэффективностью, кроме того, в определенной мере они позволяют очищать воздух от пыли и запахов. В зависимости от качества используемой воды данное оборудование может использоваться без предварительной водоподготовки. Главными недостатками данного оборудования является опасность развития микроорганизмов и попадание их в пространство увлажняемого помещения, а также необходимость регулярной очистки и замены гигроскопичного материала, что может представлять значительные сложности.

Системы прямого форсуночного распыления – принцип работы данного увлажнителя адиабатического типа заключается в том, что от центрального блока системы под высоким давлением по трубкам подается предварительно очищенная и стерилизованная вода к форсункам, из которых она распыляется в виде мелкодисперсной аэрозоли, представляющей собой туман (капли воды имеют размер в среднем 15 – 40 микрон и испаряются очень быстро, в пределах секунды).

Системы увлажнения путем прямого форсуночного распыления имеют следующие преимущества:

  • гигиеничность и микробиологическая безопасность, отсутствие белого налета, что достигается за счет прохождения водой процесса глубокой очистки;
  • наличие эффекта пылеподавления;
  • полностью автоматическая работа системы (зависит от возможностей оборудования конкретного производителя);
  • энергоэффективность;
  • обеспечение мультизональности – охват большого количества помещений с возможностью поддержания различного уровня влажности (зависит от возможностей оборудования конкретного производителя);
  • высокая производительность, за счет чего достигается возможность обслуживания помещений большой площади;
  • простота обслуживания;
  • эффект легкой ионизации воздуха, оказывающей лечебное воздействие;
  • кондиционирование.

Главными недостатками систем прямого форсуночного распыления являются относительно высокая цена, высокие требования к качеству оборудования из-за наличия в системе высокого давления воды и сложной водоочистки, необходимость подключения к системе водоснабжения, электропитания и дренажа.

Преимущества заказа ремонта чиллеров у нас:

  1. Гарантированное качество услуг. Мы используем оригинальные комплектующие и качественные аналоги. Наша компания полностью отвечает за свою работу, поэтому срок действия гарантии достигает 3 лет.
  2. Кратчайшие сроки выполнения заказа. Мастера готовы приехать к вам в день обращения! Все ремонтные мероприятия выполняются быстро, с соблюдением рекомендаций предприятий-производителей.
  3. Принцип открытости и честности. Нами оформляется вся необходимая документация в строгом соответствии с требованиями законодательства.
  4. Достойный уровень обслуживания без переплат. У нас вы найдете безупречный сервис!

Для вызова мастера заполните форму или позвоните нам по телефону +7 (495) 222-13-94. Заявки принимаются круглосуточно!

Наши специалисты выезжают по всей Москве
и ближайшему Подмосковью

Типы устройств

Любой адиабатический увлажнитель воздуха работает по принципу распыления частиц воды, но каждый из них имеет свои особенности.

Системы традиционного типа

Традиционные модели адиабатических систем увлажнения воздуха используют принцип холодного испарения воды с поверхностей большой площади. Для создания пленки жидкости применяют наборы вращающихся дисков, губки из гигроскопичного сырья. Чтобы усилить процесс, агрегаты дополняют вентиляторами.

Запасы воды для испарения размещают в поддонах. Жидкость в них доливают вручную, некоторые устройства позволяют осуществлять процесс пополнения емкостей в автоматическом режиме.

Конструктивное исполнение увлажнителей этой разновидности предполагает два варианта функционирования: с рециркуляцией воды и без нее. В первом случае влага становится благоприятной средой для размножения и развития патогенной микрофлоры, второй чреват значительным расходом очищенной жидкости. Отрегулировать ее подачу достаточно точно испарительные механизмы не позволяют.

К генераторам тумана этого типа можно отнести также любые интерьерные аксессуары, осуществляющие естественное увлажнение среды. Среди них наиболее востребованы аквариумы, домашние мини-фонтаны. Даже открытые форточки служат своеобразной системой обогащения жилой атмосферы насыщенным водой воздухом.

Ультразвуковые устройства

Адиабатический увлажнитель ультразвукового типа снабжается небольшой ванной для воды, на дне ее размещают пьезоэлектрические излучатели. Высокочастотные вибрации создают на поверхности среды волны, с гребней которых и срываются затем мельчайшие капли.

Читать еще:  Что такое адаптация двигателя bmw

Размер частиц жидкости, продуцируемых агрегатами, редко превышает 5 микрон. Итогом их работы служит образование мелкодисперсного тумана, который затем разносится потоками воздуха по всему помещению, насыщая его атмосферу влагой.

Агрегаты прямого распыления

Адиабатические увлажнители прямого форсуночного распыления частиц воды представляют собой системы высокого давления. Такие устройства используются в быту, офисах и на производстве.

Современные системы распыления включают три основных рабочих блока:

  • систему водоподготовки, где жидкость очищается от посторонних примесей, деминерализуется и стерилизуется;
  • насос, нагнетающий давление;
  • трубопровод с клапанами и форсунками, разбивающими поток жидкости на капли микроскопического размера.

Модели на сжатом воздухе функционируют по принципу пульверизаторов. Потоки его вместе с водой подводятся к распыляющим форсункам единовременно. Такие агрегаты в наибольшей степени востребованы на промышленных предприятиях.

Деминерализация воды осуществляется посредством механизма обратного осмоса. Эффективность устройств достигает 90%, именно такой объем поступающей и обрабатываемой влаги выполняет возложенную на прибор задачу. Слишком крупные капли стекают в поддон под действием силы тяжести, мелкие образования, не успевшие испариться в процессе перемещения по системе, осаждаются в элиминаторе (каплеотбойнике).

Основы теплотехники

Как упоминалось в предыдущей статье, термодинамическим процессом называют изменение состояния системы, в результате которого хотя бы один из ее параметров (температура, объем или давление) изменяет свое значение. Впрочем, если учесть, что все параметры термодинамической системы неразрывно взаимосвязаны, то изменение любого из них неизбежно влечет изменение хотя бы одного (в идеале) или нескольких (в реальности) параметров. В общем случае можно сказать, что термодинамический процесс связан с нарушением равновесия системы, и если система находится в равновесном состоянии, то никаких термодинамических процессов в ней протекать не может.

Равновесное состояние системы — понятие абстрактное, поскольку невозможно изолировать что-либо материальное от окружающего мира, поэтому в любой реальной системе неизбежно протекают разнообразные термодинамические процессы. При этом в некоторых системах могут иметь место настолько медленные, почти незаметные изменения, что связанные с ними процессы можно условно считать состоящими из последовательности равновесных состояний системы. Такие процессы называют равновесными или квазистатическими .
Еще один возможный сценарий последовательных изменений в системе, после которых она возвращается к исходному состоянию, называют круговым процессом или циклом . Понятия равновесного и кругового процесса лежат в основе многих теоретических выводов и прикладных приемов термодинамики.

Изучение термодинамического процесса заключается в определении работы, совершенной в данном процессе, изменения внутренней энергии, количества теплоты, а также в установлении связи между отдельными величинами, характеризующими состояние газа.

Из всех возможных термодинамических процессов наибольший интерес представляют изохорный , изобарный , изотермический , адиабатный и политропный процессы.

Изохорный процесс

Изохорным называют термодинамический процесс, протекающий при постоянном объеме. Такой процесс может совершаться при нагревании газа, помещенного в закрытый сосуд. Газ в результате подвода теплоты нагревается, и его давление возрастает.
Изменение параметров газа в изохорном процессе описывает закон Шарля: p1/T1 = p2/T2 , или в общем случае:

Давление газа на стенки сосуда прямо пропорционально абсолютной температуре газа.

Так как в изохорном процессе изменение объема dV равно нулю, то можно сделать вывод, что вся подведенная к газу теплота расходуется на изменение внутренней энергии газа (никакая работа не совершается) .

Изобарный процесс

Изобарным называют термодинамический процесс, протекающий при постоянном давлении. Такой процесс можно осуществить, поместив газ в плотный цилиндр с подвижным поршнем, на который действует постоянная внешняя сила при отводе и подводе теплоты.
При изменении температуры газа поршень перемещается в ту или иную сторону; при этом объем газа изменяется в соответствии с законом Гей-Люссака:

Это означает, что в изобарном процессе объем занимаемый газом, прямо пропорционален температуре.
Можно сделать вывод, что изменение температуры в этом процессе неизбежно приведет к изменению внутренней энергии газа, а изменение объема связано с выполнением работы, т. е. при изобарном процессе часть тепловой энергии тратится на изменение внутренней энергии газа, а другая часть – на выполнение газом работы по преодолению действия внешних сил. При этом соотношение между затратами теплоты на увеличение внутренней энергии и на выполнение работы зависит от теплоемкости газа.

Читать еще:  Энергия топлива принципы работы тепловых двигателей

Изотермический процесс

Изотермическим называют термодинамический процесс, протекающий при неизменной температуре.
Практически осуществить изотермический процесс с газом очень трудно. Ведь необходимо соблюсти условие, чтобы в процессе сжатия или расширения газ успевал обмениваться температурой с окружающей средой, поддерживая собственную температуру постоянной.
Изотермический процесс описывается законом Бойля-Мариотта: pV = const , т. е. при постоянной температуре величина давления газа обратно пропорциональна его объему.

Очевидно, что при изотермическом процессе внутренняя энергия газа не изменяется, поскольку его температура постоянна.
Чтобы выполнялось условие постоянства температуры газа, от него необходимо отводить теплоту, эквивалентную работе, затраченной на сжатие:

Используя уравнение состояния газа, проделав ряд преобразований и подстановок, можно сделать вывод, что работа газа при изотермическом процессе определяется выражением:

Адиабатный процесс

Адиабатным называют термодинамический процесс, протекающий без теплообмена рабочего тела с окружающей средой. Подобно изотермическому, осуществить на практике адиабатный процесс очень сложно. Такой процесс может протекать с рабочим телом, помещенным в сосуд, например, цилиндр с поршнем, окруженный высококачественным теплоизолирующим материалом.
Но какой бы качественный теплоизолятор мы не применяли в данном случае, некоторым, пусть даже ничтожно малым, количеством теплоты рабочее тело и окружающая среда неизбежно будут обмениваться.
Поэтому на практике можно создать лишь приближенную модель адиабатного процесса. Тем не менее, многие термодинамические процессы, осуществляемые в теплотехнике, протекают настолько быстро, что рабочее тело и среда не успевают обмениваться теплотой, поэтому с некоторой степенью погрешности такие процессы можно рассматривать как адиабатные.

Для вывода уравнения, связывающего давление и объем 1 кг газа в адиабатном процессе, запишем уравнение первого закона термодинамики:

Поскольку для адиабатного процесса теплопередача dq равна нулю, а изменение внутренней энергии есть функция теплопроводности от температуры: du = cvdT , то можно записать:

Продифференцировав уравнение Клапейрона pv = RT , получим:

Выразим отсюда dT и подставим в уравнение (3) . После перегруппировки и преобразований получим:

С учетом уравнения Майера R = cp – cv последнее выражение можно переписать в виде:

Разделив полученное выражение на cv и обозначив отношение cp/cv буквой k , после интегрирования уравнения (4) получим (при k = const) :

ln vk + ln p = const или ln pvk = const или pvk = const .

Полученное уравнение является уравнением адиабатного процесса, в котором k – показатель адиабаты.
Если предположить, что объемная теплоемкость cv является величиной постоянной, т. е. cv = const , то работу адиабатного процесса можно представить в виде формулы (приводится без вывода) :

Политропный процесс

В отличие от рассмотренных выше термодинамических процессов, когда какой-либо из параметров газа оставался неизменным, политропный процесс характеризуется возможностью изменения любого из основных параметров газа. Все рассмотренные выше термодинамические процессы являются частными случаями политропных процессов.
Общее уравнение политропного процесса имеет вид pv n = const , где n – показатель политропы — постоянная для данного процесса величина, которая может принимать значения от — ∞ до + ∞ .

Очевидно, что придавая показателю политропы определенные значения, можно получить тот или иной термодинамический процесс – изохорный, изобарный, изотермический или адиабатный.
Так, если принять n = 0 , получим p = const – изобарный процесс, если принять n = 1 , получим изотермический процесс, описываемый зависимостью pv = const ; при n = k процесс является адиабатным, а при n равном — ∞ или + ∞ . мы получим изохорный процесс.

Так как уравнение политропы по своему содержанию аналогично уравнению адиабатного процесса, то формулы, устанавливающие связь между параметрами политропного процесса будут аналогичны таковым для адиабатного процесса с той лишь разницей, что показатель адиабаты k нужно заменить на показатель политропы n .
Тогда:

Работа газа при политропном процессе может быть определена по формуле:

Теплоемкость при политропном процессе (приводится без вывода) :

Скачать теоретические вопросы к экзаменационным билетам
по учебной дисциплине «Основы гидравлики и теплотехники»
(в формате Word, размер файла 68 кБ)

Скачать рабочую программу
по учебной дисциплине «Основы гидравлики и теплотехники» (в формате Word):

Скачать календарно-тематический план
по учебной дисциплине «Основы гидравлики и теплотехники» (в формате Word):

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector