工程热力学:基础与原则

通过改善植物,设备及其整体设计,工程热力学的基本原理在朝向更好的世界方面发挥着重要作用。

在评估设备性能方面至关重要的因素是最终产品产量,投入原料消耗,生产成本和对环境影响的评估等项目。今天的工程师正在使用概念热力学检查和重新发明旨在为人类安全和舒适的东西。

自19岁以来热力学科学已经存在TH.世纪。从那时起,科学家和工程师都一直在持续和不断努力,使其尽可能友好。

热力学基础知识

热力学词源自希腊词主题(意味着热)和动态(指力)。工程专业人士对学习系统及其与周围环境的互动有兴趣。

本节中使用的概念/定义对读者了解理解工程热力学的概念(有时被称为电力工程)

系统,周围和宇宙

系统是我们想要学习和感兴趣的东西,因此第一步是精确地修复系统研究的目标。客观的系统研究可以提高系统的效率或减少损失等。系统可以是分析冷藏厂的制冷循环或分析兰诗周期在一个发电厂

系统被定义为由闭合或柔性表面限定的一定的纯物质;类似地,根据循环,系统内物质的组成可以固定或可变。

系统尺寸不一定是恒定的(就像压缩机中的空气被活塞压缩)它可以是可变的(如膨胀的球囊)。与系统外部交互的问题被称为周围,宇宙是系统和周围的结果。

将系统与周围分隔的元素称为边界。系统的边界可以固定或运动。

系统和周围之间的相互作用通过穿过边界来进行,因此在热力学中发挥着非常重要的作用(即热量和电力工程)。

热力学系统的类型

热力学中有两种基本类型的系统:

  1. 封闭系统或控制质量与男人的明确数量有关。与开放系统不同,在封闭系统中,系统边界不会发生质量流动。还有一种特殊类型的封闭系统,不会与周围互动并分离出来的是被称为隔离系统。封闭式系统
  2. 控制卷(开放系统)控制量仅限于质量和能量可以流动和越过系统的边界的空间区域。开放系统的边界称为受控表面;这种受控表面可以是实际的或虚幻的。
    控制量的示例是涉及质量流动的设备的类型,以通过泵,涡轮机中的蒸汽流动和空气压缩机的蒸汽流动越过水的边界。

微观热力学

热力学中的微观方法也称为统计热力学,与物质的结构相关,统计热力学的目的是表征构成感兴趣系统的粒子的平均行为,并反过来使用这些信息来观察这些信息系统的宏观行为。

热力学财产,国家和过程

热力学性质

热力学性质是系统的宏观特性。可以在任何给定时间分配属性的值,而无需了解以前的值及其行为。

广泛的财产

依赖于质量的属性称为大量属性,其对整个系统的价值是其对系统分割的部件的值的总和。广泛性质的例子是体积,能量和质量。广泛的属性取决于系统的大小,它可以随时间变化。

密集物业

与广泛的财产形成对比,性质的性质不是大众依赖性和非添加剂,并且不依赖于系统的总大小。它可以随时在系统内的不同地方变化。密集性的例子是压力和温度。

热力学状态

状态被定义为最佳的系统的状态,其属性最好。在系统中封装在系统中的质量可以在各种独特的条件下找到,称为状态。系统的属性之间存在关系,但是可以通过提供属性子集的值来指定状态。

热力学过程

热力学过程是将一个状态转换为另一个状态。如果在两个不同时间在两个系统的宏观属性的值相同,则系统被称为当时处于相同状态。如果其属性与时间没有变化,则实现系统的稳态状态。

系统均衡周期

一种热力学系统均衡循环是一个顺序过程,其开始和终止于相同状态的条件。当周期完成时,它的所有属性都具有相同的价值,它们在开始时它们是什么。重复的所有循环定期在许多应用领域中发挥重要作用,如凝结物中的循环热发电站执行一个循环。

工作物质

物质理论有助于了解能源的概念。物质以其质量,体积和空间而闻名,而且无论其结构和性质如何,它具有一定的特征,如一致性和可靠性。物质由称为分子的大量颗粒制成。人们可以在各地找到固体,液体或气体的事物。

在固体物质中,分子彼此靠近并强烈界定并且不能自由移动。因此需要改变其形状所需的大力。

液体物质中的分子不牢固地保持,因此非常小的力足以将分子保持在一起。

在气态状态,分子随机和自由地移动,好像它处于未绑定状态,那么它与其相邻分子无关紧要。压缩性与气体相关,在连接分子之间具有大量空隙。能量是在不同阶段存在的原因。

纯净物

可变化学结构的单身化学结构或均匀性的材料称为纯物质。材料可以存在于单相中,如液体,或者也可以在彼此平衡中存在于多个相中。具有类似化学组成的气体的均匀混合物也称为纯物质。

纯物质的重要性在于在不同的压力和温度条件下测定工作物质的性质。

对于纯物质,如水,可以完全通过两个主权密集型性能作为压力和温度来描述。另一种纯物质是气态的空气。但对于非均匀物质,需要两个以上的性质来描述该状态。

热力学均衡

在机械师中,据说均衡达到何时等于相反的力量。但热力学均衡的含义不同,因为它涉及平衡对许多其他影响(之间)的平衡行为(之间)除了平衡对立力之外的影响。为了获得系统中的完整平衡,需要满足机械,热,相位和化学平衡的条件。

在本节中,我们将我们的讨论限制于热力学均衡。强调有均衡状态及其从一个平衡到另一个平衡的变化是由经典的热力学描述的。

如果该状态是固定的,则据说系统将处于均衡状态。要准确测量的压力和温度等强度性能以分配状态。如果由于其密集的性能而不会因扰乱很小而改变,则据说一个系统处于热力学平衡。

在这种情况下,系统具有完全稳定,周围提供的束缚。

实际和准均衡过程

在实际过程中,由于系统中存在的各种非平衡效果,因此可以将系统视为非平衡,因此显示压力和温度的变化。

在准平衡(准静态)过程中,与热力学平衡状态的偏差非常小。因此,在准平衡过程中,系统通过的所有状态都被认为是处于均衡状态。

准平衡用于导出与熵,内部能量,特定热量等各种广泛性质之间的关系船舶等等

尺寸和单位

物理量以其尺寸是已知的,并且如果幅度给出该维度,则将其称为单位。工程计算的先决条件是具有相同的物理量单位。

一些重要的尺寸,如质量(m),长度(l),时间(t)和温度(t)称为初级尺寸。全球的工程师和科学家正在进行他们的计算,主要用于称为英语系统和公制系统(SI)的两种单位。SI系统单位表示是更逻辑的,常用于专业人士。

主要尺寸 公制(SI)单位 英语单位
长度 米(m) 脚(ft)
弥撒 千克(kg) 磅(LB)
时间 秒(s) 秒(s)
温度 Kelvin(k) 华氏温度
电流 安培(A) 安培(A)

二级维度和单位

二级尺寸或导出的尺寸以速度(V),能量(e)和体积(v),力,电源,热量等尺寸表示。

力被认为是SI单位的次要维度,因为它的单位来自牛顿的第二律法


力被定义为以1m / s2的速率加速1kg的质量所需的力。
体重和质量不应被认为是一样的。重量是身体上的重力作用,其幅度由牛顿的第二法确定


具体的重量(Y)定义为作用在物质的单位体积上的重力力,并由Y =(密度)×g n / m3确定
因此,无论宇宙中的位置如何,身体的质量保持不变。当引力加速度发生变化时,身体的重量也会发生变化。在山顶,身体的重量较少,因为它用高度降低。

特定体积(θ)和密度(ρ)都是密集性的,并且可以与点不同。密度的往复式是特定体积。

压力:压力被定义为在液体或气体的情况下通过每单位面积施加的正常力。固体压力相当于正常应力。

SI单位压力和应力是帕斯卡(N / M2)。其他压力单位如下:

1 Pascal. 1 n / m2
1 K - Pascal 10.3.- n / m2
1巴 10.5.- n / m2
1米 - 帕斯卡尔 10.6.- n / m2
1 ATM 101.325 KPA = 1.01325杆
1巴 100 KPA = 0.1米 - 帕斯卡尔
1 kgf / cm2 9.807 n / cm2= 0.9807 BAR = 0.9679 ATM

绝对压力与给定点处的实际压力有关,并对绝对真空或绝对零压力进行测量。
给定点处的实际压力被称为绝对压力,并且相对于绝对真空(绝对零压力)测量。

低于大气压压力的压力称为真空压力,并通过真空计测量,表示“大气压和”绝对压力之间的差异。

封闭式系统
以上图最能描述绝对压力,大气压,量大压力和真空压力之间的关系

能量和能量形式

能量被定义为工作的能力。能量输入始终对系统的问题产生一些影响。

两种主要的能量是:在运输中储存能量和能量

  1. 在材料中,存储能量可以以几种形式退出,如内能量(即),动能(KE),势能(PE),化学能(CE),电能(EE),核能(NE)。该能量的细节将在下一节中讨论。
  2. 途中的能量


由于系统与周围环境之间的温差,热定义为在没有质量传递的情况下传递的能量。单独转变的能量称为热量。在过程中传递的热量取决于遵循的路径,而不是仅在最终条件上。

工作
封闭式系统
当力F用于通过距离x移动一个或多个粒子时,它被称为工作。在给定的活塞缸装置下方以减小系统的v v的v,需要完成工作。因此,由于活塞的运动,系统的运动在系统中的运动与通过中公式的力距离产品有关的差异,因此:

dw = fdx = padx = pdv [ft-ldf |nm] ............... ..(1)
dw = pdv [btu / lbm |kj / kg] ......(2)
其中,P是系统压力,A是区域,F是力,x是增量距离行驶,W是工作,V是体积

上面的等式1和2中的小写字母用于基于每单位质量的工作和体积。具有小写字符的广泛属性称为特定属性。
公式 - (1)是英文单位,而英国热单元(BTU)用于公式-2,两组单位通过称为机械当量的转换因子连接,其值为778 ft-lbf /BTU。

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