OBSAH Předmluva 9 I. ZÁKLADY TERMODYNAMIKY 10 1. Základní pojmy 10 1.1 Termodynamická soustava 10 1.2 Energie, teplo, práce 10 1.3 Stavy látek 11 1.4 Veličiny popisující stavy látek 12 1.5 Úlohy technické termodynamiky 15 2. Stavová rovnice ideálního plynu 18 2.1 Avogadrův zákon 18 2.2 Stavové veličiny při izotermickém ději 18 2.3 Stavové veličiny při izobarickém ději 19 2.4 Stavové veličiny při izochorickém ději 20 2.5 Stavové veličiny při obecném ději 20 2.6 Plynová konstanta 21 2.7 Základní tvary stavové rovnice ideálního plynu 21 3. Směsi ideálních plynů 22 3.1 Stavové veličiny směsi plynů 22 3.2 Určující veličiny směsi plynů 23 3.3 Vlastnosti směsi plynů 24 3.3.1 Střední zdánlivá molová hmotnost směsi plynů 24 3.3.2 Měrná plynová konstanta směsi 25 3.3.3 Měrná tepelná kapacita směsi plynů 25 3.4 Přepočty určujících veličin směsi plynů 26 4. První zákon termodynamiky 26 4.1 První forma prvního zákona termodynamiky 26 4.2 Objemová práce 27 4.3 Vnitřní energie 28 4.4 Rozepsání první formy prvního zákona termodynamiky 28 4.5 Tepelné kapacity 29 4.6 Druhá forma prvního zákona termodynamiky 30 4.7 Technická práce 31 4.8 Entalpie 31 4.9 První zákon termodynamiky pro obecnou otevřenou termodynamickou soustavu 32 5. Vratné děje ideálních plynů 35 5.1 Izotermický děj 35 5.2 Izobarický děj 36 5.3 Izochorický děj 37 3
5.4 Adiabatický děj 38 5.5 Polytropický děj 39 5.6 Porovnání dějů 41 6. Základy tepelných cyklů 42 6.1 První zákon termodynamiky pro cykly 42 6.2 Termická účinnost 43 6.3 Carnotův cyklus 43 6.4 Obrácený Carnotův cyklus 45 6.5 Nevratný Carnotův cyklus 46 7. Druhý zákon termodynamiky 46 7.1 Druhý zákon termodynamiky pro cykly 47 7.2 Entropie 48 7.3 Druhý zákon termodynamiky pro děje 49 7.4 Význam entropie 50 7.5 T-s diagram ideálního plynu 51 7.5.1 Průběhy vratných termodynamických dějů v T-s diagramu ideálního plynu 51 7.5.2 Význam ploch v T-s diagramu 52 7.5.3 Zobrazení měrných tepelných kapacit v T-s diagramu 53 7.5.4 Zobrazení Carnotova cyklu v T-s diagramu 53 7.6 Nevratné děje 54 7.6.1 Vznik tepla třením 55 7.6.2 Přenos tepla při konečném rozdílu teplot 55 7.6.3 Difúze plynů 56 7.6.4 Vyrovnání konečných rozdílů tlaků 56 7.6.5 Škrcení plynů a par 57 8. Exergie a anergie 59 9. Třetí termodynamický zákon 60 II. TERMODYNAMIKA PAR 61 10. Termodynamika par čisté látky 61 10.1 Plyny a páry 61 10.2 Stavové rovnice reálných plynů 61 10.3 Odpařování a var kapaliny 65 10.4 Stavy par 65 10.5 Fázový diagram 67 10.6 Energetické veličiny reálných plynů 68 10.6.1 Energetické veličiny jednofázové soustavy 68 10.6.2 Energetické veličiny syté kapaliny 69 10.6.3 Energetické veličiny syté páry 71 10.6.4 Energetické veličiny přehřáté páry 72 4
10.6.5 Energetické veličiny mokré páry 73 10.7 Diagramy p-v a p-v-t 74 10.8 Entropické diagramy T-s a h-s 76 10.9 Clausiova - Clapeyronova rovnice 78 10.10 Tabulky kapaliny a páry 80 10.11 Termodynamické děje v parách 81 10.11.1 Izochorický děj 81 10.11.2 Izobarický děj 82 10.11.3 Izotermický děj 83 10.11.4 Adiabatický děj 84 10.11.5 Děj při stálé entalpii 86 11. Termodynamika směsi plynů a par - vlhký vzduch 87 11.1 Základní vlastnosti vlhkého vzduchu 87 11.2 Vyjádření vlhkosti vzduchu 89 11.3 Hustota vlhkého vzduchu 91 11.4 Entalpie vlhkého vzduchu 92 11.5 h-x diagram vlhkého vzduchu 93 11.6 Izobarické změny stavu vlhkého vzduchu 96 11.6.1 Ohřev a ochlazování vlhkého vzduchu 96 11.6.2 Adiabatické míšení dvou proudů vlhkého vzduchu 98 11.6.3 Vlhčení vzduchu 100 11.6.4 Adiabatické odpařování vody a teplota mokrého teploměru 101 III. TERMODYNAMIKA PROUDĚNÍ 104 12. Tepelné děje při proudění plynů a par 104 12.1 Základní pojmy 104 12.2 Rovnice kontinuity 104 12.3 Energetická rovnice 105 12.4 Pohybová rovnice 105 12.5 Statické a klidové stavové veličiny 106 13. Adiabatické proudění plynů a par v dýzách 107 13.1 Izoentropický tok ideálního plynu konvergentní dýzou 107 13.2 Izoentropický tok ideálního plynu konvergentně divergentní dýzou 111 13.3 Změny rychlosti a tlaku plynu v závislosti na průtočných průřezech 112 13.4 Činnost konvergentně divergentní dýzy při různých vstupních podmínkách 113 13.5 Vliv protitlaku na činnost Lavalovy dýzy při výtoku ideálního plynu 115 13.6 Nevratné adiabatické proudění plynů v dýzách 121 13.7 Proudění par dýzami 121 13.8 Základní návrh dýz 122 13.8.1 Návrh dýzy pro výtok ideálního plynu 123 13.8.2 Návrh trysky pro výtok páry 124 5
IV. CYKLY TEPELNÝCH STROJU 14. Teoretické tepelné cykly 14.1 Přímé tepelné cykly 14.1.1 Cykly spalovacích motorů 14.1.2 Cykly plynových turbín 14.1.3 Cykly reakční ch tepelných motorů 14.1.4 Cykly parostrojních zařízení 14.2 Obrácené tepelné cykly 14.2.1 Cykly chladicích zařízení 14.2.2 Cykly tepelných čerpadel 14.2.3 Cykly zařízení pro zkapalňování plynů 14.3 Kompresory V. PŘENOS TEPLA 15. Základy přenosu tepla - návaznost na termodynamiku 15.1 Vedení tepla 15.2 Konvekce 15.3 Záření 15.4 Požadavky na zachování energie 15.4.1 Zachování energie pro kontrolní objem 15.4.2 Zachovám energie na povrchu - povrchová bilance 16. Přenos tepla vedením 16.1 Úvod - Fourierův zákon 16.2 Tepelná vodivost 16.3 Zjednodušená diferenciální rovnice energie 16.4 Časově ustálené, stacionární - 1D vedení tepla 16.4.1 Jednoduchá a složená rovinná stěna 16.4.2 Jednoduchá a složená válcová stěna 16.4.3 Stěna kulové nádoby 17. Přenos tepla konvekcí 17.1 Základní pojmy a vztahy 17.2 Nucená konvekce při vnějším proudění - mezní vrstvy 17.3 Diferenciální rovnice pro konvektivní přenos tepla 17.4 Základní kriteria podobnosti a jejich odvození 17.5 Odvození kriteriální rovnice 17.6 Přenos tepla při nucené konvekci v potrubí 17.7 Přenos tepla při přirozené konvekci 18. Prostup tepla - tepelné výměníky 18.1 Typy tepelných výměníků 18.2 Součinitel prostupu tepla 131 133 137 140 141 142 143 144 149 150 150 152 153 155 155 156 159 161 162 163 164 166 167 167 168 6
18.3 Rovnice tepelné bilance 169 19. Přenos tepla zářením 170 19.1 Úvod. Stefan - Boltzmannův zákon 170 19.2 Fyzikální vlastnosti radiačního přenosu tepla 172 19.3 Úhlový součinitel. Přenos tepla mezi černými povrchy 173 19.3.1 Vztah mezi úhlovými součiniteli 175 19.4 Přenos tepla zářením mezi šedými povrchy 175 Literatura 178 Učební pomůcky na internetu 179 Přílohy tabulek 180 Fyzikální vlastnosti plynů 180 Vlastnosti syté kapaliny a syté páry H 2 O dle IAPWS-IF97 - Uspořádání podle teplot 181 Vlastnosti syté kapaliny a syté páry H 2 O dle IAPWS-IF97 - Uspořádání podle tlaků 182 Vlastnosti vody a přehřáté vodní páry dle IAPWS-IF97 183 Vlastnosti vlhkého vzduchu 188 Fyzikální vlastnosti materiálů 190 Fyzikální vlastnosti vody 191 Fyzikální vlastnosti suchého vzduchu 192 Přílohy diagramů h-s diagram vody a vodní páry h-x diagram vlhkého vzduchu 7