Назовите термодинамические параметры системы

1. Назовите термодинамические параметры системы.

Состояние системы в каждый момент времени характеризуется ее термодинамическими параметрами. Для равновесной системы параметры одинаковы в любой точке. В неравновесной – в каждой точке свои параметры.

Термодинамические параметры не зависят от пути, по которому система перешла в данное состояние. Они поддаются экспериментальному определению.

Параметры, зависящие от массы системы – экстенсивные, обозначаются заглавными буквами: масса (М, кг), объем (V, м³), внутренняя энергия системы (U, Дж), теплоемкость (С, Дж/К, Дж/град), энтальпия (I, Дж).

Параметры не зависящие от массы, или размеров системы – интенсивные, обозначаются строчными буквами: давление (р, Па), температура (t, ^оС), плотность (, кг/м³), удельный объем (v=1/, м³/кг), удельная теплоемкость (с, Дж/кгК), удельная энтальпия (i, Дж/кг), удельная внутренняя энергия (U, Дж/кг), удельная теплота (Дж/кг).

 

2. Что такое равновесные и неравновесные термодинамические системы?

Термодинамическая система – совокупность тел, обменивающихся между собой и окружающей средой энергией и веществом.

Если параметры системы во всех точках одинаковы, т.е. нет потоков массы и тепла внутри системы, то система называется равновесной. Если отдельные части системы имеют разные параметры, то система не равновесная. В неравновесной системе существуют потоки массы и тепла, которые стремятся выровнять эти параметры.

 

3. Сформулируйте первый закон термодинамики.

Связь между 3мя видами энергии есть I закон термодинамики (связь между работой, внутренней энергией и теплотой).

- в дифференциальной форме;

- в интегральной форме;

Q – теплота, U – внутренняя энергия, А – механическая работа.

- для кг вещества.

Закон сохранения для замкнутой системы:

Теплота, сообщенная системе, расходуется ей на изменение внутренней энергии и на работу системы против внешних сил.

Если А>0, то система является потребителем, если А<0, то внешняя среда сообщает работу внутри системы (холодильника).

 

4. Сформулируйте второй закон термодинамики.

II закон термодинамики является дополнением к I и определяет направление распределения теплоты в систему.

Теплота не может перейти от холодного тела к горячему без затраты внутренней энергии. Переход теплоты от холодного тела к горячему невозможно без каких-либо изменений во внешней среде.

Для совершения механической работы необходим температурный переход.

Нельзя осуществить тепловой двигатель у которого есть только нагреватель, но нет холодильника.

Вечный двигатель II рода невозможен.

В 1932 г. Больцман это доказал.

 

5. Что такое энтальпия? Для чего используется это понятие?

Энтальпия – это сумма внутренней энергии и максимально возможной работы

I = U + pV;

Теплота сообщенная системе расходуется на изменение энтальпии системы

;

I = C_pT;

- для производного процесса.

 

6. Назовите основные механизмы передачи теплоты в газах, жидкостях и твердых телах.

1)Теплопроводность – передача теплоты внутри твердого тела между двумя соприкасающимися твердыми телами.

Теплопроводность осуществляется за счет изменения эл. Теплового движения молекул тела при непосредственном контакте.

2)Конвективный теплообмен.

Конвекция – механизм передачи теплоты от твердого тела к жидкости или газу или наоборот – и внутри жидкости и газа. Теплота передается за счет механического перемешивания.

3) Радиационный теплообмен.

Излучение – передача теплоты от сильно нагретого тела через прозрачную среду путем излучения электромагнитных волн.

 

7. Напишите уравнение закона Фурье. К какому этот закон относится?

Относится к теплопроводности. , Вт.

Q – тепловой поток – мощность передаваемой теплоты – количество теплоты за единицу времени.

Плотность теплового потока:

, Вт/м².

, =Т₁-Т₂ – температурный перепад, T₁>T₂. – закон теплопроводности Фурье в интегральной форме.

- в дифференциальной форме.

- в векторной форме.

 

8. Напишите уравнение закона Нютона-Рихмана. К какому процессу этот закон относится?

Относится к конвекции.

, - температура за пределами слоя. – закон Нютона-Рихмана в интегральной форме.

- в дифференциальной форме, в пределах пограничного слоя.

, - коэффициент конвективной теплопередачи – количество тепла, отдаваемого с одного квадратного метра поверхности за одну секунду, при =1^оС (между стеной и воздухом).

 

9. Напишите уравнение закона Стефана-Больцмана. К какому процессу этот закон относится?

Относится к излучению.

- закон Стефана-Больцмана.

= 5,67^.10^-8 Вт/м²К⁴ – постоянная Больцмана.

= 0-1 – степень черноты тела, если =0 – абсолютно белое тело, оно не излучает; если =1 – абсолютно черное.

- коэффициент поглощения материала.

Т – термодинамическая температура в К.

 

10. Напишите дифференциальное уравнение теплопроводности. Какие величины туда входят?

Е₁=Е₂+Е_рас=const (1)

(1) продифференцируем по х

,

;

- дифференциальное уравнение теплопроводности Фурье для 1-мерной задачи.

Для 3-х мерной задачи: скорость изменения температуры в точке для плоского ограждения прямо-пропорциональна коэффициенту температуропроводности материала и производной от поперечного градиента температуры по координате х.

.

 

11. Что такое коэффициент температуропроводности и когда он используется?

Коэффициент температуропроводности – отношение коэффициента теплопроводности к произведению удельной теплоемкости и плотности. Используется для решений уравнений теплопроводности.

, м²/с.

 

12. Напишите дифференциальное уравнение теплопроводности для стационарного процесса. Какие величины туда входят?

Если температура в точке при прохождении теплового потока не меняется, то =0.

дифференциальное уравнение теплопроводности Фурье для стационарной задачи.

Если температура установилась, то распределение температуры в ограждении не зависит от свойств материала.

 

13. Что такое начальные и граничные условия при решении задач теплопередачи?

Начальные условия – распределение температур в нулевой момент времени (только для нестационарных задач).

Граничные условия – условия на границе тел.

Условия 1го рода (ГУ-1) – температура на границе тела: Т_s=f(x,y,z), если задача не стационарная, то Т_s=f(x,y,z, T).

Условия 2го рода (ГУ-2) – задано распределение тепловых потоков для каждой точки поверхности тела.

;

Условия 3го рода (ГУ-3) – задается закон конвективного обмена.

.

Условия 4го рода (ГУ-4) – задаются при контакте двух твердых тел, или конвективном теплообмене с окружающей средой.

.

 

14. Особенности теплофизических характеристик строительных материалов.

Используются:

- коэффициент теплопроводности, Вт/мК;

с – удельная теплоемкость, Дж/кгК;

- плотность, кг/м³;

, м²/с – коэффициент температуропроводности материала.

Для строительных материалов с и постоянные величины, для сухих материалов.

При увлажнении: с = с₁К₁ + с₂К₂, = ₁К₁+₂К₂; К₁+К₂=1 – доля масс каждого из компонентов к суммарной массе образца.

.

для пористых материалов зависит только от температуры.

Для пористых материалов коэффициент теплопроводности зависит: 1. от плотности; 2. от температуры; 3. от влажности материала; 4. Чем заполнены поры.

зависит от времени конца строительства

 

15. Напишите уравнение теплового потока через плоскую стенку. Какие величины туда входят?

для слоя dx

, ,

Интегрируем:

;

ГУ-1:

х=с, Т=Т₁,

х=, Т=Т_2.

, с=Т₁, ,

.

, где q – плотность теплового потока, - температурный перепад, - термическое сопротивление.

 

 

16. Что такое термическое сопротивление и тепловая проводимость?

Термическое сопротивление: , ;

Тепловая проводимость стены: .

 

17. Электротепловая аналогия –подобие процессов распределения электрического тока и тепловых потоков, а также законов их распределения, уравнений, методов решения.

Из курса физики «электрический ток»:

 

 

 

Рис. 1 Рис. 2

 

Уравнение температурной кривой для

однослойной стены

 

2-ая форма записи уравнения

 

- градиент температуры

 

Уравнение только для плоской стены Рис. 3

 

Уравнение теплового потока через многослойное ограждение

- температура снаружи

Уравнение распределения температуры в плоском ограждении

T1>T2 Рис. 5 Закон теплопроводности Фурье для стационарной одномерной задачи

Температура в произвольной точке внутри ограждения

где и  

Нормативный температурный перепад

Нарисуйте типовую диаграмму сорбции и десорбции.

t1, t2, t3, t4 – изотермы сорбции. Чем выше температура, тем ниже изотерма (t4>t3>t2>t1). I период: влага начинает покрывать поверхность зерна.

Меры борьбы с образованием конденсата на поверхности ограждения.

Меры борьбы с конденсацией: уменьшение числа мостиков холода (путём увеличения термического сопротивления стены [выше требуемого термического… Бывают случаи, когда конденсат неизбежен (т.е. влажность воздуха в помещении… Меры борьбы с конденсацией в этом случае: конденсат со стен отводится в канализацию; делают гидроизоляцию стен с…

Меры борьбы с образованием конденсата внутри ограждения.

Меры борьбы с конденсацией: не располагать рядом двух паронепроницаемых слоёв; делается пароизоляция на внутренней поверхности утеплителя; делаются металлические несущие конструкции в вентилируемых каналах; устраиваются вентилируемые продувки к кровле через которые пар может удаляться.

Напишите уравнение диффузии пара через ограждение.

- уравнение диффузии пара через ограждение. Количество проходящего через ограждение пара прямо пропорционально площади… ΔPп = Pп1 - Pп2 = e1 – e2

Причины появления влажности в ограждении.

    56. Какие способы переноса теплоты Вы знаете?

Запишите уравнение для переноса теплоты теплопроводностью.

Тепловой поток , где l - коэффициент теплопроводности, T₁,T₂ – температуры крайних точек слоя, d - толщина слоя.

Уравнение переноса теплоты: .

 

Запишите уравнение для переноса теплоты конвекцией.

Тепловой поток , где a - коэффициент конвективной теплопередачи, Т₁ – температура поверхности пограничного слоя, Т_¥ - температура за пределами пограничного слоя.

Уравнение переноса теплоты: .

 

Запишите уравнение для переноса теплоты излучением.

Тепловой поток , где a_и - коэффициент конвективного теплообмена с учетом излучения, Т₁ – температура поверхности пограничного слоя, Т_¥ - температура за пределами пограничного слоя.

Уравнение переноса теплоты: .

 

Коэффициент теплопроводности и его размерность.

Коэффициент теплопроводности - l - количество теплоты, передаваемое за 1с через стену толщиной 1м площадью 1м² при температурном перепаде в 1 градус.

Размерность: , .

 

Теплофизические характеристики материалов и их размерность.

Для непористых материалов: l зависит только от температуры.   С повышением температуры l изменяется: