Классификации способов тепловой обработки строительных изделий

Методы тепловой обработки	Назначение	В производстве каких изделий применяется	Процессы, проходящие в материале при данном методе тепловой обработки
Тепловлажностная обработка	Ускорения твердения	Бетонных, железобетонныхи силикатных материалов	Тепло и массообменные, химические и структурообразование
Сушка	Удаление влаги	Сырья и готовой продукции при производстве бетонных, железобетонных, керамических и теплоизоляционных материалов	Тепло и массообменные, химические и структурообразование
Обжиг	Получения спекшегося черепка	Керамических и теплоизоляционных	Тепло и массообменные, фазовые, химические и структуро-образование
Вспучивание	Получение высоко-пористой структуры	Легких заполнителей бетона	Тепло и массообменные, фазовые, химические и структуро-образование
Спекание	Получение пористой структуры	Легких заполнителей бетона	Тепло и массообменные, фазовые, химические и структуро-образование
Плавление	Получение расплава материала	При получении стеклянной и минеральной ваты	Тепло и массо-обменные, фазовые, химические и структуро-образование

Тема лекции 2 Основные понятия технической термодинамики

Техническая термодинамика – наука о тепловой энергии и её свойствах, о процессах взаимного преобразования теплоты и работы.

Превращение тепловой энергии в работу (т.е. в механическую энергию) происходит в разнообразных теплотехнических устройствах – в тепловых двигателях, в паросиловых установках и др. Так, например, в двигателях внутреннего сгорания при воспламенении горючей смеси топлива и воздуха образуются газообразные продукты сгорания, имеющие высокую температуру и давление и способные совершать механическую работу – при расширении перемещать поршень в цилиндре. Другим примером преобразования тепловой энергии служит работа паросиловой установки, состоящей из парового котла, паровой турбины и электрогенератора. Пар, который вырабатывается в паровом котле, попадая на лопасти паровой турбины совершает механическую работу – вращает ротор паровой турбины и закреплённый на одном валу с ним ротор электрогенератора.

Из рассмотренных примеров видно, что превращение тепловой энергии в механическую работу совершается при помощи вспомогательного тела. (продуктов сгорания или водяного пара), которое называют рабочим телом.

Наиболее подходящими по своим физическим свойствам рабочими телами являются газы, так как именно они обладают наибольшей способностью к расширению, при котором, собственно, и совершается работа.

Теоретическое изучение термодинамических свойств газов с учётом сил межмолекулярного сцепления и объёма самих молекул – чрезвычайно сложная задача. Поэтому в теплотехнике, при изучении термодинамических процессов, пользуются понятием «идеальный газ». Идеальным называется такой газ, между молекулами которого отсутствуют силы межмолекулярного сцепления, а сами молекулы представляют собой материальные точки, не имеющие объема. Такое допущение в большинстве практических случаев оправдано, ибо в действительности в газах, далеких от состояния жидкости, силами межмолекулярного сцепления и объемом самих молекул, ввиду незначительности, можно пренебречь. Те газы и пары, для которых нельзя пренебречь силами межмолекулярного сцепления и объёмом самих молекул называют реальными газами.

Для определения конкретных физических условий, при которых рассматривается вещество, используются, так называемые, параметры состояния: температура, давление, удельный объём или плотность.

Температура (T,t) – параметр, характеризующий тепловое состояние вещества. Значение этого параметра обусловливается средней кинетической энергией поступательного движения молекул вещества. Основной единицей измерения температуры является «Кельвин» (К). Наряду с ней в настоящее время широко используется такая единица измерения температуры, как «градус Цельсия» (⁰С). Соотношение между температурами, выраженными в кельвинах и градусах Цельсия определяется уравнением:

T(K)=t(⁰C)+273,15. (2.1)

Давление (P) – параметр определяемый как результат ударов молекул вещества (газа или жидкости) о стенки сосуда, в который это вещество заключено. Основной единицей измерения давления является «Паскаль» (Па), представляющий собой давление силы в 1 ньютон на поверхность в 1 м² (1 Па= 1н/ м² ).

В теплотехнике пользуются понятием абсолютного (P_а), избыточного (P_и) и вакуумметрического (Р_в) давлений.

Абсолютное давление – полное давлении, под которым находится вещество:

P_а= Р_и+Р_б, (2.2)

где Р_б – барометрическое (атмосферное) давление.

Избыточное давление – разность между абсолютным давлением, большим атмосферного, и атмосферным давлением:

Р_и=Р_а-Р_б., (2.3)

Вакуумметрическое давление – разность между атмосферным давлением и абсолютным давлением, меньшим атмосферного:

Р_в=Р_б-Р_а. (2.4)

Удельный объём (υ)– тот объем, который занимает единица массы вещества:

, (2.5)

где V – полный объём вещества, м³;G – масса вещества, кг.

Единица измерения удельного объема – (м³/кг)

Плотность ( ) – масса единицы объема вещества:

, (2.6)

Единица измерения плотности – (кг/м³).

Связь между параметрами состояния P, и Т устанавливается уравнением состояния газа или характеристическим уравнением, которое имеет вид:

- для единицы массы газа (для 1 кг):

(2.7)

- для произвольной массы газа G:

Pv=GRT. (2.8)

В этих уравнениях R- газовая постоянная, Дж/(кгК).

Численное значение газовой постоянной есть величина характерная для каждого конкретного газа, зависящая только от его химического состава:

(2.9)

где R_у =8314 Дж/(кмоль К) – «универсальная» газовая постоянная;

i – молекулярная масса конкретного газа.

Из характеристического уравнения могут быть получены основные газовые законы:

а) закон Бойля-Мариотта (при T=const):

или (2.10)

б) закон Гей-Люссака (при P=const):

или (2.11)

в) закон Авагадро (при T= const, P=const, V=const):

N₁=N₂, (2.12)

где N₁ и N₂ - число молекул двух разных газов, занимающих одинаковый объем, при одинаковых значениях температуры и давления.

В большинстве практических случаев рабочими телами являются не отдельные газы, а их смеси (воздух, продукты сгорания различных топлив, природные и искусственные газы). Характерно, что законы идеальных газов справедливы для газовых смесей в той же мере, что и для отдельных газов.

Контрольные вопросы:

1. Принципы преобразования тепловой энергии в механическую.

2. Что такое «рабочее тело», «идеальный газ» и «реальные газы»?

3. Характеристика параметров состояния – температуры, давления, удельного объёма и плотности.

4. Основные газовые законы.