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 = CpT;
- 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 =1оС (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+Ерас=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: Тs=f(x,y,z), если задача не стационарная, то Тs=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=Т2.
, 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 снаружиУравнение распределения температуры в плоском ограждении
T1>T2 Рис. 5 Закон теплопроводности Фурье для стационарной одномерной задачиТемпература в произвольной точке внутри ограждения
где иНормативный 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 – e2Причины 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 aи - 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: 
, 
.