Тепло. Термодинамика

Рассмотрены вопросы, связанные с зависимостью главных эксплуатационных свойств и долговечности от технологических параметров и, в частности, от параметров тепловой обработки. На основе решения задач тепломасcообмена в минераловатном ковре разработана методика определения параметров тепловой обработки: гидравлического сопротивления ковра двойной плотности, характеристик теплоносителя, продолжительности. Исследованы факторы, определяющие эксплуатационную стойкость изделий, и осуществлено прогнозирование долговечности минераловатных изделий, работающих в условиях плоской кровли и фасадных систем.

Рассмотрены вопросы формирования свойств и разработки технологий декоративно-акустических материалов на основе поризованного гипса. Особое внимание уделено технологическому моделированию, в частности, решению задач по подбору и оптимизации состава материалов, выбору и оптимизации технологических параметров их изготовления. Раскрыты способы технологического моделирования.

Тепло- и массоперенос в высокопористых материалах проявляется как на стадии формирования высокопористой структуры материалов, так и на стадии их эксплуатации. Рассмотрены основные законы тепло- и массопереноса. Раскрыты закономерности проявления этих законов в капиллярно-пористых коллоидных телах. Проанализированы условия и особенности формирования свойств высокопористых теплоизоляционных материалов и предложены критерии оценки этих свойств, а также конструктивных или технологических приемов, направленных на их оптимизацию.

Приведен комплекс технологических приемов, направленных на получение теплоэффективных материалов ячеистой структуры с использованием малоэнергоемких технологий и формирование структуры материалов в условиях напряженного (стесненного) состояния. Технологические приемы рассмотрены на примерах ячеистого неавтоклавного газобетона, пенополистиролбетона и пенобетона. Технологические особенности применения волокон раскрыты на примере ячеистого бетона, армированного базальтовой фиброй.

Проведено рассмотрение ряда ранее не решенных задач классической термодинамики. Получено точное выражение для теплоты перехода фазовых превращений первого рода, а также получены выражения, связывающие теплоту испарения и теплоту плавления с другими термодинамическими параметрами процессов. Предложен новый метод определения эффективных объемов молекул.

Проведено рассмотрение ряда ранее не решенных задач классической термодинамики. Получено точное выражение для теплоты перехода фазовых превращений первого рода, а также получены выражения, связывающие теплоту испарения и теплоту плавления с другими термодинамическими параметрами процессов. Предложен новый метод определения эффективных объемов молекул. Проведен анализ некоторых "модельных" газов, а именно газа Ван-дер-Ваальса и газа Бертло. Показано, что обобщенное уравнение газа Ван-дер-Ваальса—Бертло не только качественно, но и количественно описывает реальные газы

При математическом моделировании процессов теплообмена используют численные, точные и приближенные аналитические методы. Современные численные методы не вполне пригодны для применения в инженерной практике в силу сложности и неуниверсальности используемых алгоритмов и программ. Точные аналитические методы эффективны при решении только линейных дифференциальных уравнений. Приближенные методы, разрабатываемые для решения определенного класса задач, при исследовании ряда проблем неприемлемы. Поэтому совершенствование методов моделирования теплообмена, их комбинирование с привлечением математического аппарата смежных дисциплин и разработка новых методов, сопряженных с современными прикладными вычислительными комплексами и симуляторами, являются актуальными задачами. В технологии судостроения для моделирования используются матема- тический аппарат теории автоматического управления и прикладные компьютерные программы (Matrix, Simulink, VisSim и др.). При составлении уравнений движения тепловых объектов применяемые методы в целом достоверно отражают физику процессов, однако не учитывают появляющиеся в переходных режимах нелинейности. Совместное использование метода переменных состояния (МПС) и вычислительных комплексов (в частности, VisSim) позволяет нивелировать нелинейность уравнений движения и улучшить качество процессов управления. В работе на основе МПС получено матричное уравнение, которое включает математическое описание процессов теплообмена и условия однозначности. Исследуется проблема оценки численных свойств схемы дискретизации при моделировании теплопроводности МПС. Предлагается методика преобразования обыкновенных дифференциальных уравнений к матричным уравнениям переменных состояния. С помощью уравнений переменных состояния и характеристических уравнений определяется устойчивость решений схемы дискретизации. На примере решения задачи нестационарной теплопроводности неограниченной пластины с граничными условиями первого рода проведена оценка аппроксимируемости и сходимости конечно-разностной схемы, представленной МПС

Исследования на льду имеют существенные преимущества в связи с низкой точкой плавления и низким уровнем тепловых флуктуаций, маскирующих наблюдение в веществах с высокой температурой плавления. Предметом исследования в настоящей статье являются мерзлые дискретные структуры с диссоциирующими примесями в воде. Одна из задач исследования – определение энергии образования флуктуаций. Для этого создана теория эксперимента, в основе которого лежит исследование температурных зависимо- стей удельной теплоемкости с последующим выделением добавки к теплоемкости ∆С по причине предплавления. Энергия активации определялась из математической зависимости ln(∆CT2) = f(1/T). Установлено, что энергия образования флуктуаций ∆Е уменьшается при приближении концентрации примеси к эвтектической точке. По результатам экспериментального определения температурной зависимости добавки к теплоемкости найдена теплота, расходуемая на предплавление, и концентрация флуктуаций перед плавлением. Число молекул во флуктуации g определяется из ∆Е = lg, где λ – теплота плавления на одну молекулу. Численный анализ результатов (на примере NaOH) позволил установить долю молекул, участвующих во флуктуациях перед плавлением, которая оказалась близкой к ранее полученным результатам по разрыву водородных связей. Впервые обращено внимание на необходимость различения энергии активации в кооперативном процессе и энергии активации процесса разрыва связей определенными молекулами. Числовой расчет показал, что последняя величина близка к λ.

Экспериментально и аналитически исследован процесс воспламенения диспергированного магния в водяном паре. В эксперименте в контролируемых условиях по температуре и расходу окислителя (водяного пара) находились критические температуры воспламенения диспергированного металла (тонкодисперсной стружки магния толщиной 0,07 мм), предел воспламенения которого определялся по резкому увеличению времени задержки воспламенения вблизи критической температуры. Аналитически критические температуры воспламенения магния в водяном паре рассчитывались по математической модели, согласно которой диспергированный магний рассматривался как совокупность частиц, равномерно распределенных в газовом объеме и представляющих собой систему с объемными источниками тепловыделения, мощность которых зависит от концентрации частиц металла и их размеров. При этом предполагалось, что такие частицы участвуют в конвективном и радиационном теплообмене между собой и окружающей средой при наличии химической реакции взаимодействия магния с водяным паром, протекающей на их поверхности. Показано, что при известной кинетике, определяющей скорость взаимодействия металла с газообразным окислителем, математическая модель, используемая в работе, позволяет производить количественные расчеты критических температур воспламенения диспергированного металла или макрокинетических констант по известным из эксперимента критическим температурам. Установлено, что воспламенение диспергированного магния в водяном паре происходит гетерогенно. При этом если интенсивность внутреннего теплообмена между диспергированным магнием и водяным паром в газодисперсной системе оказывается гораздо меньше интенсивности теплообмена системы с окружающей средой, то уравнение, определяющее критические условия воспламенения диспергированного магния в водяном паре, переходит в уравнение, определяющее критические условия воспламенения отдельного образца в этом окислителе.

Рассмотрен ряд ранее не решенных задач классической термодинамики. Получено точное выражение для теплоты перехода (разовых превращений первого рода, а также получены выражения, связывающие теплоту испарения и теплоту плавления с другими термодинамическими параметрами процессов. Предложен новый метод определения эффективных объемов молекул. Проведен анализ некотрых "модельных" газов, а именно газа Ван-дер-Ваальса и газа Бертло. Показано, что обобщенное уравнение газа Ван-дер-Ваальса—Бертло не только качественно, но и количественно описывает реальные газы

Эта книга — одна из первых в мировой литературе монографий, посвященных тепловым процессам в наномасштабных системах. Проанализированы классические и современные представления о теплофизике нанообъектов. Рассмотрены механизмы переноса тепла в различных наноструктурах, методы вычисления теплопроводности, в том числе в нанопроволоках и нанотрубках, нанокомпозитах и наножидкостях. Проведен анализ радиационного теплопереноса на наномасштабах. Особое внимание уделено роли межфазных границ и влиянию размерных (классических и квантовых) эффектов, приводящих к особенностям и аномалиям теплопереноса. Отражено современное состояние интенсивно развивающихся областей теплофизики — нанотермогидродинамики и нанотермоэлектричества.

Учебное пособие содержит теоретический материал, связанный с методами изучения свойств и поведения макросистем — систем, состоящих из очень большого числа частиц. Это термодинамика, молекулярно-кинетическая теория и статистика (как классическая, так и квантовая). Помимо довольно большого числа примеров, в конце каждой главы приведены задачи на соответствующий материал. Показано, как, по мнению автора, следует подходить к их решению. Задачи тесно связаны с основным текстом, часто являясь его дополнением и развитием.

Учебное пособие посвящено изучению свойств классических равновесных систем и происходящих в них процессов.

В лабораторной работе изучаются особенности теплового излучения, в частности, закон Стефана-Больцмана.

Методические указания предназначены для студентов направления 28.03.02 «Наноинженерия» (профиль подготовки «Нанотехнологии и наноматериалы»). Содержат перечень изучаемых тем и разделов, набор заданий и упражнений.

Методические указания содержат краткие теоретические сведения об оценки возможности протекания процессов на поверхности наноструктурированных материалов путем расчета энтропии и свободной энергии Гиббса, а также типовые задачи с решениями и практические расчетные задания, предназначены для студентов направления подготовки «Наноинженерия».

В методических указаниях приведены методы решения уравнения теплопроводности с использованием явной и неявной конечно-разностных схем. Методы решения проиллюстрированы на примере конкретной задачи.

В рамках реализации программы получения и преобразования водорода в режимах горения осуществлено исследование динамики процесса воспламенения твердого магния в водяном паре методом термографирования разогревающегося и воспламеняющегося образца. Установлено, что на начальном участке термограммы скорость химической реакции взаимодействия магния с водяным паром была невелика, и частица металла прогревалась от начальной температуры до температуры окружающей среды в основном за счет конвективного и радиационного теплообмена с газовым потоком и стенками реакционной камеры. В дальнейшем магний продолжал нагреваться за счет тепловыделения в химической реакции с водяным паром и отдавать энергию в окружающую среду. Затем наблюдался резкий рост температуры металла, и образец воспламенялся. Воспламенение магния всегда происходило при температуре, которая была ниже температуры плавления металла, что указывало на гетерогенный характер процесса предпламенного окисления и воспламенения твердого магния в водяном паре. При обработке экcпериментальных данных ис- пользовалась математическая модель процесса воспламенения твердого магния, которая учитывала конвективный и радиационный теплообмен частицы металла с окружающей средой, наличие теплоотвода по термопаре и тепловыделение в гетерогенной химической реакции взаимодействия металла с газообразным окислителем (водяным паром). Численный расчет по этой модели позволил уточнить кинетические параметры, определяющие характер взаимодействия твердого магния с водяным паром, рассчитать время индукции и критические температуры воспламенения магния в водяном паре и в парогазовых смесях. Показано, что в пределах точности расчета и погрешности эксперимента наблюдалась близость и соответствие расчетных и экспериментальных критических температур и задержек воспламенения для всей совокупности экспериментальных данных.

В учебно-методическом пособии предложены контрольные работы по основным разделам механики, молекулярной физики и термодинамики, приведены краткий теоретический обзор по теме, разбор решения типовых задач, заданий интернет-экзамена, задачи для самостоятельного решения, а также простые экспериментальные задания. В конце предложен тест для проверки полу­ченных знаний. Данное пособие по физике адресовано студентам, изучающим курс общей физики, а также может быть полезно преподавателям при организации учебного процесса.

В книге рассмотрены актуальные вопросы нанохимии, нанофизики, наноматериаловедения и нанотехнологии. Основное внимание уделяется рассмотрению процессов формирования и превращений наноструктур и наносистем. Приводится обзорный материал по некоторым свойствам наноструктур и наноматериалов, а также по модификации композитов наноструктурами. Рассмотрены методы моделирования наноскопических объектов.

Рассмотрены актуальные вопросы нанохимии, нанофизики, наноматериаловедения и нанотехнологии. Основное внимание уделяется рассмотрению процессов формирования и превращений наноструктур и наносистем. Приводится обзорный материал по некоторым свойствам наноструктур и наноматериалов, а также по модификации композитов наноструктурами. Рассмотрены методы моделирования наноскопических объектов.

В настоящем пособии дана классификация топлив. Описаны физико-химические процессы формирования факела. Изложены основные положения кинетики горения. Даны расчетные зависимости для определения материального и теплового баланса при горении всех видов топлив. Особое внимание уделено теплогенерирующим процессам.

Изложены цель, задачи и порядок прохождения практики, отражены организационные вопросы.

Изложены цель, задачи и порядок прохождения практики. Отражены организационные вопросы.

Курс лекций разработан в соответствии с рабочей программой курса «Техническая термодинамика» для студентов-бакалавров по направлению «Металлургия» профиль «Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей». Рассмотрены вопросы термодинамического анализа преобразования энергии в технических системах. Предназначено для студентов металлургического института 2 курса, изучающих дисциплину «Техническая термодинамика».

Даются указания по методике поверки и определению основных метрологических характеристик средств измерения температуры. Рассмотрены принципы работы, устройство и особенности применения милливольтметров, автоматических потенциометров и автоматических мостов для измерения температуры.

Методические указания предназначены для выполнения лабораторной работы по определению коэффициента эквивалентной теплопроводности теплоизоляционных материалов при стационарном режиме методом неограниченного плоского слоя (методом плиты). Приведены краткие теоретические сведения, описание лабораторного оборудования и методики выполнения работы.

Учебное пособие является руководством к решению теоретических и практических задач по специальности (профилю) «Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей». Изложены основные особенности системного подхода при моделировании металлургических процессов и объектов. Достаточно подробно описаны методы физического и математического моделирования. Особое внимание уделено планированию и анализу результатов экспериментальных исследований.

Журнал публикует новые экспериментальные и теоретические результаты исследований в области физики конденсированного состояния вещества, механики жидкостей, радиоспектроскопии и автоматизации физического эксперимента, отражающие сложившиеся на физическом факультете Пермского государственного национального исследовательского университета научные направления.

Электронный курс лекций «Статистическая термодинамика» содержит материал по основным темам раздела - макроскопическое и микроскопическое описание состояния системы, метод канонических и микроканонических ансамблей Гиббса, сумма по состояниям частицы, сумма по состояниям системы, квантовая статистика Больцмана, закон распределения молекул по скоростям (закон Максвелла), статистики Ферми-Дирака и Бозе-Эйнштейна. Приведены статистические выражения для основных термодинамических функций - внутренней энергии, энергии Гельмгольца и энергии Гиббса, статистические расчеты энтропии и теплоемкости, обусловленные всеми видами движения. Представленный материал направлен на установление четкой связи между макроскопическими свойствами системы и свойствами частиц, которые эту систему образуют, обоснование законов термодинамики на базе молекулярных представлений о строении вещества.

Показано, что один из основных вопросов классической термодинамики, а именно, оценка верхнего предела эффективности реальной тепловой машины, является не окончательно решенным и может быть предметом дальнейших уточнений. Дело связано с тем, что от идеальных условий, предполагаемых в исследовании Карно, а именно, квазистатичности термодинамических процессов в цикле Карно, возможны различные отклонения, прежде всего конечность времени цикла. Естественно, что значения реальной эффективности всегда заведомо меньше оценки, полученной Карно, однако уточненное значение сохраняет свойство универсальности (в смысле независимости от свойств рабочего тела).

Журнал является профильным периодическим научным изданием. Выделен в самостоятельное периодическое издание из общенаучного журнала «Вестник Томского государственного университета» в 2014 г. «Вестник Томского государственного университета. Химия» – первый профильный журнал по химии в г. Томске и нацелен на повышение публикационной активности научных сотрудников университетов Томской области и не только. Основные разделы журнала: Синтез и свойства веществ и материалов Физико-химические закономерности процессов, структура и свойства соединений Теоретические и прикладные вопросы аналитической химии Химическая технология Биохимические свойства неорганических и органических соединений

В пособии рассматриваются законы и методы преобразования теплоты в другие виды энергии, свойства рабочих тел, участвующих в процессе преобразования, законы переноса теплоты и методики расчета процессов тепломассообмена. Предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки 270800.62 – Строительство

В монографии изложены результаты экспериментальных и теоретических исследований парообразования сжиженных газов при их аварийном залповом выбросе в атмосферу. Приведена разработанная модель оценки последствий аварий на объектах хранения, переработки и использования сжиженных газов. Модель базируется на численном решении трехмерных нестационарных уравнений гидродинамики, переноса массы и энергии. Вычислительная процедура реализована c использованием программы FLUENT. На основе представленной модели исследовано влияние скорости ветра, устойчивости атмосферы, теплового эффекта при конденсации водяного пара, препятствий в области выброса в виде зданий, сооружений на интенсивность парообразования и характеристики опасных зон при залповом выбросе сжиженного газа.

В методических указаниях предложена методика экспериментального определения удельной теплоемкости воздуха.

Методические указания содержат практические задания по дисциплине «Техническая термодинамика».

Методические указания содержат практические задания по дисциплине «Тепломассобмен».

В методических указаниях предложена методика определения плотности теплового потока солнечного излучения.

Рассмотрены теоретические основы неравновесной линейной и нелинейной термодинамики в приложении к процессам, находящим свое отражение в металлургических технологиях. Главное внимание уделено структуре, материальному обеспечению курса и овладению методиками самостоятельного изучения дисциплины с целью профессионального использования общеинженерного анализа совместно с современным аппаратом термодинамического анализа реакций и процессов.

В методических указаниях приведены методы решения уравнения теплопроводности с использованием явной и неявной конечно-разностных схем. Методы решения проиллюстрированы на примере конкретных задач.

Методические указания рекомендованы студентам-бакалаврам, обучающимся по направлению 150400.62 «Металлургия» профиля подготовки «Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей» для выполнения лабораторной работы по учебной дисциплине «Теплотехнические измерения».

Книга написана Уилфредом Курцем - современным классиком науки о фазовых превращениях, в частности - затвердевании, в соавторстве с его учеником Д. Фишером. Она представляет собой прекрасный обзор фундаментальных основ затвердевания металлов, сплавов, эвтектик и перитектик. Кратко и информативно изложены основные принципы затвердевания через зарождение и рост кристаллов в однофазных и многофазных металлических системах. Рассмотрены условия устойчивости роста кристаллов и условия для морфологического превращения одних форм роста в другие. Анализируются режимы малых и высоких скоростей затвердевания, в частности, дан анализ затвердевания в обычных условиях, а также при отсутствии локального термодинамического равновесия, когда скорости фазового превращения становятся аномально большими. Систематизированы термодинамические свойства и кинетические явления на поверхности раздела кристаллических фаз и жидкостей. Книга уже выдержала четыре переиздания и является настольной книгой теоретиков, экспериментаторов и практиков как в западных развитых странах, так и развивающихся странах Востока (например, книга переведена на китайский язык). Будучи широко известной в СССР и являясь необычайно популярной в России по литературным ссылкам, книга Курца и Фишера по-прежнему остается малодоступной для российских студентов, аспирантов, исследователей и практиков. Для настоящего русскоязычного издания авторами книги специально добавлены новые теоретические, экспериментальные и литературные материалы по затвердеванию и росту кристаллов, опубликованные за последние пятнадцать лет.

Рассмотрены общие свойства воды. Разработана феноменологическая модель структуры воды. Рассчитаны массовые доли элементов структуры воды в широком диапазоне изменения параметров. Показано соотношение внутренней энергии, энтальпии, ионного произведения, энтропии, теплоемкости и других теплофизических параметров с элементами структуры воды. Величина энтальпии определяется не только температурой, но и соотношением массы составляющих воду элементов. Предложено учитывать их вклад в интегральную изобарную теплоемкость, в том числе и при фазовом переходе. Изменение структуры воды с ростом температуры и давления определяет минимальный удельный объем воды при 4 °С, особенности поведения теплоемкости, диффузии, скорости звука и т. п. в околокритической области. Рассмотрены модели и уравнения состояния воды без водородной связи. Анализ сопровождается большим количеством графиков и аппроксимирующих зависимостей.

Предлагаемая книга посвящена плазме высокой плотности, где энергия взаимодействия частиц сопоставима с кинетической энергией их теплового движения. Основное внимание уделено методам вычисления термодинамических функций равновесных систем. Затронуты вопросы кинетических свойств неидеальной плазмы, а также проблемы, связанные с поглощением лазерного излучения и торможением пучков тяжелых ионов в плазме с сильным межчастичным взаимодействием. Обсуждаются теоретические методы и модели для описания плотной плазмы, приводится сравнение полученных результатов с экспериментальными данными.

Книга представляет собой введение в теорию возникновения структур при необратимых процессах. На простых примерах из физики, химии и биологии автор знакомит читателя с основными идеями и результатами теории, формулирует общие законы, которым подчиняются процессы, протекающие в самых различных системах.

Основу сборника составляют три классические работы по статистической механике: статья Пауля и Татьяны Эренфестов «Принципиальные основы статистического подхода в механике» (1912), статья Анри Пуанкаре «Замечания о кинетической теории газов» (1906) и статья Джона фон Неймана «Доказательство эргодической теоремы и H-теоремы в новой механике» (1929). Первая из них представляет собой фактически небольшую монографию и является одним из наиболее часто цитируемых сочинений по статистической механике; тем не менее, до настоящего времени она оставалась недоступной для русского читателя. Переводы двух других работ на русском языке уже издавались. И если статья фон Неймана сразу привлекла внимание специалистов, то идеи работы Пуанкаре получили признание и дальнейшее развитие лишь в наступившем тысячелетии. Издание также включает несколько ранее опубликованных статей В. В. Козлова и О. Г. Смолянова; ими же специально для этого сборника подготовлен обзор, где излагается их точка зрения на основания статистической механики в связи с проблемами, обсуждаемыми в статьях Пуанкаре, Эренфестов и фон Неймана.

В рамках теории ансамблей Гиббса развивается последовательная неравновесная статистическая механика. В ее основе лежит идея слабых пределов решений уравнения Лиувилля при неограниченном возрастании времени. С ее помощью естественным образом решается задача о переходе к макроописанию, когда основное внимание сосредоточено на изучении эволюции средних значений (математических ожиданий) динамических величин. Этот подход отличается от традиционных подходов к проблеме необратимости, поскольку равновесные состояния динамических систем в прошлом и будущем совпадают. Результаты общего характера применяются к решению конкретных задач классической статистической механики.

Монография включает рассмотрение всех основных физических свойств d- и f-переходных металлов и изложение соответствующих теоретических концепций. Подробно обсуждаются некоторые нетрадиционные вопросы: влияние особенностей плотности состояний на электронные свойства; многоэлектронное описание сильного коллективизированного магнетизма; механизмы магнитной анизотропии; микроскопическая теория аномальных кинетических явлений в ферромагнетиках. Помимо классических проблем физики твердого тела в применении к переходным металлам, рассмотрены современные достижения в теории электронных корреляций d- и f -систем в рамках многоэлектронных моделей.

Предлагаемая книга одного из создателей термодинамического формализма Д. Рюэля основана на курсе лекций, прочитанных автором в университетах США и Франции. В ней с математической точки зрения обсуждаются как традиционные вопросы классической равновесной статистической механики — распределение Гиббса, фазовые переходы и др., так и родственные вопросы теории динамических систем (символическая и топологическая динамика, энтропия, вариационный принцип). В виде двух последних глав в издание также вошла более поздняя книга Д. Рюэля, посвященная динамическим дзета-функциям.

В книге в популярной форме представлены основные идеи нелинейной динамики, детерминирования хаоса, получившие особое развитие в последние десятилетия. Книга содержит множество интересных исторических подробностей, а также обзор некоторых новых научных направлений.