Státní závěrečná zkouška

Transkript

1 Státní závěrečná zkouška Final State Examination Bakalářský studijní program: B2341 Strojírenství Bachelor Degree Program: B2341Engineering Obor: 2302R042 Energetika a procesní technika Field of Study: 2302R042 Power Engineering and Process Technology Specializace: Procesní technika Specialization: Process Technology Ústav procesní a zpracovatelské techniky Department of Process Engineering Termomechanika 1. Základní pojmy (termodynamické soustavy, vratné a nevratné děje, teplo, práce, základní termodynamické děje) a základní postuláty termodynamiky. 2. První věta termodynamická slovní formulace a matematická formulace. Entalpie (definice, důvod zavedení entalpie). Aplikace I. věty termodynamické na děje s ideálním plynem. 3. Druhá věta termodynamická slovní formulace a matematická formulace. Entropie (definice, entropie nevratného děje). Spojená formulace I. a II. věty termodynamické. Aplikace II. věty termodynamické na děje s ideálním plynem. Kritéria uskutečnitelnosti děje. 4. Termodynamické stavové veličiny a termodynamické diagramy T-s, h-s, p-h. Znázornění základních změn (škrcení, expanze, fázové změny, ) a základních tepelných oběhů v těchto diagramech. 5. Mechanismy přenosu tepla (kondukce, konvekce, radiace). Fourierův zákon, Fourier- Kirchhoffova a Fourierova rovnice. Řádové hodnoty součinitele tepelné vodivosti vzduchu, vody a oceli. 6. Newtonova rovnice, součinitel přestupu tepla a jeho určování s pomocí korelací. Bezrozměrná kriteria. Experimentální měření součinitele přestupu tepla. 7. Prostup tepla rovinnou a válcovou stěnou, tepelný odpor a součinitel prostupu tepla. Termické odpory odpovídající konduktivnímu a konvektivnímu přenosu tepla. Vliv žebrování. 8. Bilancování systémů. Hmotnostní a entalpická bilance s důrazem na bilance výměníků tepla. 9. Bilancování dějů a přestup tepla a hmoty při dějích probíhajících v odparkách a sušárnách. Var a kondenzace. 10. Základy teorie absorpce princip absorpce, typy absorpce, rozpustnost plynů v kapalině Henryho zákon. 11. Základy teorie destilace princip destilace, rovnovážný diagram ideální soustavy kapalina pára; Raoult Daltonův zákon. 1/5

2 12. Základy adsorpce princip adsorpce, typy adsorpce, adsorpční izoterma, typy adsorpčních izoterem. 1. Basic concepts (thermodynamic systems, reversible and irreversible processes, heat, work, basic thermodynamic processes) and basic postulates of thermodynamics. 2. The 1 st law of thermodynamics - verbal formulation, mathematical formulation. Enthalpy (definition, reasons for enthalpy definition). Application of the 1st law to ideal gas. 3. The 2 nd law of thermodynamics - verbal formulation, mathematical formulation. Entropy (definition, entropy of irreversible process). The joined formulation of 1 st and 2 nd law. Application of 2 nd law to ideal gas. Criteria for the feasibility assessment. 4. Thermodynamic state variables and thermodynamic T-s, h-s, p-h diagrams. Describing basic thermodynamic changes (throttling, expansion, phase changes, ) and basic thermodynamic cycles in these diagrams. 5. Heat transfer mechanisms (conduction, convection, radiation). Fourier s law, the Fourier-Kirchhoff and the Fourier equation. Order of thermal conductivity values for water, air and steel. 6. Newton s equation, heat transfer coefficient and its determination using correlations. Dimensionless criteria. Experimental determination of the heat transfer coefficient. 7. Heat transfer through plane and cylindrical wall, thermal resistance and overall heat transfer coefficient. Thermal resistances corresponding to conductive and convective heat transfer. Ribs (fins). 8. Balances of systems. Mass and enthalpy balances focused on heat exchangers. 9. Balances of processes and heat and mass transfer in evaporators and dryers. Boiling and condensation. 10. Fundaments of absorption principle of absorption, types of absorption, solubility of gases in liquids - Henry law. 11. Fundaments of distillation principle of distillation, ideal vapor liquid phase equilibrium; Raolt Dalton law. 12. Fundaments of adsorption principle of adsorption, types of adsorption, adsorption equilibrium, types of adsorption isotherms. Hydromechanika 1. Hydrostatika rozložení tlaku v gravitačním poli. 2. Archimedův zákon. 3. Rovnice kontinuity, Cauchyho rovnice, Navier-Stokesova rovnice. 4. Newtonův zákon vazkého tření. Viskozita vody, plynů. 5. Teorie podobnosti a bezrozměrná kriteria v mechanice tekutin. 6. Režimy proudění v trubkách a při obtékání těles. 7. Rovnice kontinuity, příklady použití. 8. Bernoulliova rovnice, fyzikální význam členů. 9. Odporová síla při obtékání těles. 10. Potrubí a potrubní větev. Třecí a místní ztráty. Základní úlohy při navrhování potrubí. 11. Průtok porézní vrstvou a její charakteristiky. Fluidní vrstva. 2/5

3 1. Fluid statics. 2. Archimedes law 3. Continuity equation, Cauchy and Navier-Stokes equations. 4. Newton s law. Viscosity of water and gases. 5. Similarity in fluid mechanics, dimensionless criteria. 6. Flow regimes in tubes and flow past objects. 7. Equation of continuity, examples of application. 8. Bernoulli s equation, physical significance of individual terms. 9. Force at flow past immersed objects. 10. Flow in pipes and pipe network. Mechanical-energy loss for flow in pipe. Basic cases for pipe design. 11. Flow in porous bed. Fluidized bed. Tepelné energetické stroje 1. Koroze kovových materiálů, její mechanizmy a způsoby zabránění korozi. 2. Utěsňování strojních součástí, nepohyblivé a pohyblivé těsněné spoje. 3. Čerpadla rozdělení a základní typy, charakteristiky, konstrukční provedení. Výpočet potrubí s čerpadlem. 4. Koláčové a hloubkové filtry typy, konstrukční uspořádání a použití. Filtrace za konstantního tlaku. Základní návrhový výpočet filtrů. 5. Usazováky, odstředivky a cyklóny typy, konstrukční uspořádání a použití. Výpočet usazovací rychlosti. Návrhový výpočet základních typů zařízení. 6. Míchací zařízení a statické směšovače. Účel míchání a jednotlivé operace. Základní uspořádání a konstrukční prvky míchacích zařízení. Výpočet příkonu rotačních míchadel. 7. Zařízení pro zpracování partikulárních materiálů skladování, doprava, rozpojování (drcení a mletí), aglomerace, mísení, dělení. 8. Výměníky tepla. Základní rozdělení výměníků tepla, uspořádání a jejich použití. Výměníky rekuperační (trubkové, deskové, kompaktní, vzduchové a speciální), regenerační a směšovací. Metodika návrhu trubkového výměníku tepla (geometrické parametry výměníku tepla). Vliv geometrického uspořádání na intenzitu přestupu tepla (výkon výměníku tepla) a tlakové ztráty. Optimalizace rozměrů výměníku tepla. 9. Dimenzování výměníků tepla. Tlaková nádoba. Membrána (membránové napětí ve válcové části výměníku tepla) a skořepina. Dovolené napětí. Možné způsoby potlačování vlivu teplotních dilatací. Teplotní dilatace; příklady řešení pro trubkový výměník a potrubní systém. Vibrace výměníků tepla. Mechanismy budicích sil, vlastní frekvence a rezonance. 10. Odparky. Základní rozdělení, uspořádání a použití odparek. Ekonomika provozu odparek (vícestupňové odparky, odparky s mechanickým kompresorem a termokompresorem). 11. Sušárny. Základní rozdělení z hlediska mechanizmů transportu tepla a odvádění vlhkosti. Popis procesu sušení z hlediska změn sušícího media (Mollierův diagram) a sušeného materiálu (sorpční izotermy). Sušící křivky. 12. Absorpce: schéma zařízení absorber exsorber, stanovení měrné spotřeby absorpčního činidla. 3/5

4 13. Adsorpce: jednostupňová adsorpce s periodickým kontaktem, vícestupňová adsorpce periodického kontaktu s postupným přidáváním adsorbentu (princip, diagram, výpočet). 14. Extrakce: Jednostupňová extrakce, vícestupňová extrakce s postupným přidáváním extrakčního činidla (princip, diagram, výpočet). Typy extrakčních zařízení. 15. Náplňová kolona: schéma, konstrukční prvky náplňové kolony. Typy náplní a výplní. Výpočet výšky náplňové kolony metodou teoretického patra (ukázka postupu například u náplňové absorpční kolony). 16. Patrová kolona: schéma, konstrukční prvky patrové kolony. Typy pater. Výpočet počtu pater metodou teoretického patra (ukázka postupu například u destilační kolony při nepřetržité rektifikaci dle metody McCabe Thiele). Typy účinností kolon. 1. Corrosion of metals, its mechanisms and ways of protection. 2. Sealing of equipment components, immovable and movable sealed joints. 3. Pumps types, basic parameters, pump characteristics, duty point, design. Design of pump in pipelines. 4. Cake and deep-bed filters types and design. Constant-pressure filtration. Design calculation of basic type of filters. 5. Settlers, centrifuges and cyclones types and design, calculation of settling velocity. Design calculation of basic types of equipments. 6. Mixing equipment and static mixers purpose of agitation and examples of industrial applications. Design of equipment for mechanical mixing (vessel and agitator). Calculation of power consumption of agitator. 7. Equipments for particulate materials storage, transport, disintegration (milling), agglomeration, mixing, separation. 8. Heat exchangers. Basic types of heat exchangers, configurations and its usage. Recuperative heat exchangers (shell and tube, pipe, plate, compact, air and special types), regenerative and direct mixing heat exchangers. Methodology of the heat exchanger design (geometrical parameters). Influence of the geometrical arrangement to heat exchange intensity (heat exchanger duty) and pressure drops. Optimization of the heat exchanger design parameters. 9. Heat exchangers dimensioning. Pressure vessel. Membranes (membrane stresses in the cylindrical part of the pressure vessel) and shells. Allowable stress. Possible ways of eliminating the thermal stresses. Thermal dilatations; examples of solutions for tubular heat exchangers and piping systems. Heat exchanger vibrations. Mechanisms of excitation forces, eigenfrequencies and resonance. 10. Evaporators. Classification, arrangement and its usage. Economy of the evaporators (multistage evaporators, evaporators with mechanical and thermal vapour recompression). 11. Dryers. Classification from the point of view of heat and mass (moisture) transfer. Description of the drying process from the point of view of drying air changes (Mollier diagram) and from the point of view of dried material (sorption isotherms). Drying curves. 4/5

5 12. Absorption: scheme of absorber exsorber system, the determination of specific consumption of absorption liquid. 13. Adsorption: single stage adsorption with periodical contact, multi-stage adsorption with periodical contact and the sequential addition of adsorbent (principle, diagram, calculation). 14. Extraction: single stage extraction, crosscurrent multistage extraction (multistage extraction with the sequential addition of solvent); principle, diagram, calculation. Types of extraction equipment. 15. Packed column: schema, construction elements of packed column. Types of packing. Calculation of packed column height by method of theoretical stage/tray (procedure demonstration for example for packed absorption column design). 16. Plate/tray column: scheme, construction elements of tray columns. Types of trays. Calculation of the actual number of trays by method of theoretical stage/tray (procedure demonstration, for example for distillation column design by McCabe - Thiele method for continuous distillation with reflux). Overall/column efficiency, tray efficiency. 5/5