TERMOMECHANIKA PRO STUDENTY STROJNÍCH FAKULT prof. Ing. Milan Pavelek, CSc. Brno 2013

Transkript

1 Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství, Energetický ústav Odbor termomechaniky a techniky prostředí TERMOMECHANIKA PRO STUDENTY STROJNÍCH FAKULT prof. Ing. Milan Pavelek, CSc. Brno 2013 Technická 2 A2 / 302 pavelek@fme.vutbr.cz Tel.:

2 VÝZNAM STUDIA TERMOMECHANIKY Termomechanika je základní vědní obor. Zahrnuje: Termodynamiku teoretickou, technickou a chemickou Přenos tepla vedením, konvekcí (prouděním) a zářením Zabývá se získáváním, přeměnami a transportem energie a účinností využití. Zdroj: ČEZ S Termomechanikou se lze setkat: V praktických aplikacích V jiných vědních oborech V každodenním životě Znalost Termomechaniky umožní řešit: Nové energetické zdroje Nové konstrukce strojů s vyšší ÚČINNOSTÍ Snižování spotřeby energie a materiálů Ekologické problémy 2

3 INFORMACE O STUDIU TERMOMECHANIKY GARANT: VÝUKA: ZKOUŠKA: prof. Ing. Milan Pavelek, CSc. Přednášky 3 hod. za týden Výpočtová cvičení 2 hod. za týden Přihlášky na síti Písemka 75 min * 1 příklad bez pomůcek * 2 teoretické otázky Ústní zkouška v jednom dni ZAJIŠŤUJE: Energetický ústav - OTTP Dále pracoviště zajišťuje: Obor Technika prostředí Doktorandské studium Rozsáhlý výzkum 3

4 STUDIJNÍ MATERIÁLY PRO TERMOMECHANIKU SKRIPTA: Pavelek, M. a kol.: Termomechanika. Akademické nakladatelství CERM s.r.o. Brno, Brno POMŮCKY: Programy Vodní pára Programy Vlhký vzduch Diagramy vodní páry Diagram vlhkého vzduchu Sbírka příkladů z termomechaniky Studijní opory.. PŘEDNÁŠKY Z TERMOMECHANIKY VE FORMÁTU PDF - PAVELEK: 4

5 ČASOVÝ PLÁN PŘEDNÁŠEK Z TERMOMECHANIKY - 1 PODROBNÁ UČEBNÍ OSNOVA A ČASOVÝ PLÁN PŘEDNÁŠEK Z PŘEDMĚTU TERMOMECHANIKA 3. ročník. Rozsah 3/2, zápočet, zkouška 1. TÝDEN: Základní pojmy (soustava, energie, teplo, práce, stavové veličiny). Stavová rovnice ideálního plynu (zákony: Gay-Lussacův, Charlesův, Boyle-Mariotteův, Avogadrův, plynová konstanta, p-v-t, p-v diagram). Tepelné kapacity. Směsi ideálních plynů (Daltonův zákon, stavové rovnice směsi a jejich složek, určování směsi a přepočty určujících zlomků, molární hmotnost, hustota, plynová konstanta, měrná tepelná kapacita). 5

6 ČASOVÝ PLÁN PŘEDNÁŠEK Z TERMOMECHANIKY TÝDEN: 1.zákon termodynamiky (objemová práce, vnitřní energie, technická práce, entalpie, 1. a 2. forma 1.zákona termodynamiky, Mayerův vztah, Poissonova konstanta). Vratné děje ideálních plynů (izochorický, izotermický, izobarický, adiabatický, polytropický - stavové veličiny, výpočet tepla, vnitřní energie, práce objemové, entalpie, práce technické - zobrazení v p-v diagramu). 3. TÝDEN: Tepelné cykly (práce, termická účinnost, Carnotův cyklus). 2.zákon termodynamiky ( slovní a matematické formulace, vratné a nevratné děje a cykly, entropie, obecné rovnice změn entropie, T-s diagram ideálních plynů ). Carnotův cyklus v T-s diagramu. 4. TÝDEN: Nevratné děje ( vznik tepla třením, přestup tepla při konečném rozdílu teplot, vyrovnání konečných rozdílů tlaků, škrcení, difúze plynů ). 3.zákon termodynamiky. Termodynamika par (stavové rovnice reálných plynů - par, p-t diagramy, energetické veličiny páry a kapaliny). 5. TÝDEN: p-v, T-s, h-s diagramy par, parní tabulky, určení stavu, děje, výpočet tepla, prací, Clausiova-Clapeyronova rovnice. 6

7 ČASOVÝ PLÁN PŘEDNÁŠEK Z TERMOMECHANIKY TÝDEN: Vlhký vzduch - definice vlhkosti, entalpie vlhkého vzduchu, h-x diagram, ochlazování, ohřev a míšení vzduchu, vlhčení vzduchu, odpařování vody z hladiny, princip psychrometru. 7. TÝDEN: Proudění plynů a par - rovnice kontinuity, pohybová a energetická, Prandtlova trubice, rychlost zvuku v plynech, Machovo číslo. Adiabatické proudění ideálního plynu a páry zužující se a Lavalovou dýzou, kritický poměr tlaků. Postup při výpočtu dýz. Celkové parametry proudu. Činnost Lavalovy dýzy při různých vstupních podmínkách, vliv protitlaku na proudění dýzami. 8. TÝDEN: Cykly tepelných strojů. Cykly plynové - pístových spalovacích motorů, plynových turbín, reakčních motorů. 9. TÝDEN: Tepelné cykly parní - cykly parostrojních zařízení, chladicích zařízení, tepelných čerpadel a pro zkapalňování plynů. Kompresory. 10. TÝDEN: Přenos tepla vedením (tepelný tok, tepelná vodivost, DR energie, počáteční a okrajové podmínky, řešení DR pro stacionární vedení rovinnou a válcovou stěnou jednoduchou i složenou). 7

8 ČASOVÝ PLÁN PŘEDNÁŠEK Z TERMOMECHANIKY TÝDEN: Přenos tepla konvekcí (tepelný tok, součinitel přestupu tepla, DR energie, Navier-Stokesovy, kontinuity, přestupu tepla, okrajové podmínky, teorie podobnosti pro řešení přenosu tepla přirozenou a nucenou konvekcí). 12. TÝDEN: Prostup tepla a tepelné výměníky (součinitel prostupu tepla pro jednoduchou i složenou rovinnou a válcovou stěnu, souproudé a protiproudé výměníky tepla, střední logaritmický teplotní spád, postup výpočtu výměníků). 13. TÝDEN: Přenos tepla zářením (1. Kirchhoffův zákon, Planckův zákon, záření černých, šedých, reálných a selektivních zářičů, Wienův zákon, Stefan-Boltzmannův zákon, 2. Kirchhoffův zákon, záření mezi rovnoběžnými stěnami a obklopujícími se povrchy, skleníkový efekt). GARANT: prof. Ing. Milan Pavelek, CSc. Používat jen autorizované texty 8

9 PREZENTACE PŘEDNÁŠEK Z TERMOMECHANIKY 1. Základní pojmy 2. Stavová rovnice ideálních plynů 3. Směsi ideálních plynů 4. První zákon termodynamiky 5. Vratné děje ideálních plynů 6. Základy tepelných cyklů 7. Druhý zákon termodynamiky 8. Nevratné děje 9. Termodynamika par čisté látky 10. Termodynamika směsi plynů a par 11. Termodynamika proudění 12. Cykly tepelných motorů 13. Cykly poháněných tepelných strojů 14. Kompresory 15. Základy přenosu tepla 16. Přenos tepla vedením 18. Tepelné výměníky 17. Přenos tepla konvekcí 19. Přenos tepla zářením TERMO je filosofií techniky 9