Pytania teoretyczne - egzaminacyjne z przedmiotu

Termodynamika Techniczna

 

1. Podstawowe pojęcia w termodynamice: układ, otoczenie, osłona bilansowa.

Układ- jest to część przestrzeni wyodrębniona za pomocą abstrakcyjnej osłony bilansowej. (zamknięte, otwarte, odosobnione)

Otoczenie- jest to część przestrzeni która nie należy do układu. W otoczeniu mogą znajdować się źródła ciepła oraz oraz zbiorniki substacji.

Osłona bilansowa- Stanowi granicę pomiędzy układem a otoczeniem. Jej wielkość, kształt i położenie mogą ulegać zmianie. Umożliwia kontrolę ilości energii i substancji przepływających pomiędzy układem a otoczeniem. Duże znaczenie w termodynamice ma osłona adiatermiczna, która uniemożliwia przepływ ciepła

2. Parametry stanu układu. Jednostki miary, przekształcanie jednostek ciśnienia (przykłady zamiany mmH₂O, mmHg, Pa, bar, at)

Parametry stanu układu- Stan układu termodynamicznego określają wartości parametrów stanu. Jeżeli żaden z parametrów stanu nie zmienia swojej wartości, nie zmienia się również stan układu. Parametr stanu jest to bezpośrednio mierzalna lub bezpośrednio niemierzalna wielkość fizyczna.Parametry stanu, które nie są bezpośrednio mierzalne nazywamy także funkcjami stanu. Parametry stanu, których wartość zależy od ilości substancji nazywamy ekstensywnymi, natomiast te, których wartość nie zależy od ilości substancji intensywnymi. Intensywnymi parametrami stanu są m.in.: temperatura, ciśnienie, objętość właściwa, entalpia właściwa. Przykładowe parametry ekstensywne to: objętość, entalpia, energia. Nie są natomiast parametrami stanu takie wielkości fizyczne jak praca, moc, ciepło.

Dowolne wyrażenia algebraiczne złożone z parametrów stanu są także parametrami stanu, np. u - Ts (energia swobodna, funkcja Helmholtza), i - Ts (entalpia swobodna - funkcja Gibbsa).

Przekształcanie jednostek- Przeliczanie jednostek :

1 at = 1 kG/cm2 = 10000 kG/m2 = 1 bar = 98100 Pa
1 mmH2O = 1 kG/m2 = 1/13,6 Tr = 9,81 Pa
1 atm = 760 Tr = 101325 Pa
1 bar = 10 000 Pa = 1,01 kG/cm2
1 Tr = 133,322 Pa

3. Ilość substancji. Znaczenie pojęć: masa, objętość normalna, gęstość normalna.

Masa- jedna z podstawowych wielkości fizycznych określająca bezwładność (masa bezwładna) i oddziaływanie grawitacyjne (masa grawitacyjna) obiektów fizycznych. Jest wielkością skalarną. Potocznie rozumiana jako miara ilości materii obiektu fizycznego. W szczególnej teorii względności związana z ilością energii zawartej w obiekcie fizycznym. Najczęściej oznaczana literą m.

Objętość normalna- : objętość gazu, cieczy lub ciała stałego w warunkach normalnych (p_n = 101325 Pa, T_n = 273.15 K) z tego względu do rozliczeń ilości gazu przyjęto (1 m³_n = 1/22.42 kmol). Jest miarą przestrzeni, którą zajmuje dane ciało w przestrzeni trójwymiarowej.

Gęstość normalna- gęstość gazu, cieczy lub ciała stałego w warunkach normalnych jest to stosunek masy pewnej porcji substancji do zajmowanej przez nią objętości

4. Równanie stanu substancji, omówić na przykładzie równania Clapeyrona.

Równanie Clapeyrona, równanie stanu gazu doskonałego to równanie stanu opisujące związek pomiędzy temperaturą, ciśnieniem i objętością gazu doskonałego, a w sposób przybliżony opisujący gazy rzeczywiste. Prawo to można wyrazić wzorem: pV = nRT gdzie: * p - ciśnienie, * V - objętość, * n - liczba moli gazu (będąca miarą liczby cząsteczek (ilości) rozważanego gazu), * T - temperatura (bezwzględna), T [K] = t [°C] + 273,15 * R - uniwersalna stała gazowa:

R = 8,314 J/(mol * K). Z równania tego wynika fundamentalny związek między ciśnieniem, temperaturą i liczbą cząstek gazu, z którego wynikają trzy wnioski:
* n moli (taka sama liczba cząstek) gazu, przy danej temperaturze i ciśnieniu panującym w naczyniu zajmuje zawsze taką samą objętość, niezależnie od budowy chemicznej tego gazu (V = nRT/p).
* w danej objętości, przy danym ciśnieniu i temperaturze, znajduje się zawsze taka sama liczba moli cząsteczek gazu, niezależnie od jego budowy chemicznej (n = pV/RT)
* n moli gazu zamkniętych w naczyniu o określonej objętości, przy określonej temperaturze, będzie wywierał na jego ścianki zawsze jednakowe ciśnienie, niezależnie od tego, jaki to jest gaz (p = nRT/V).

5. Rodzaje czynników termodynamicznych. Różnice pomiędzy gazem doskonałym, półdoskonałym i rzeczywistym.

Czynnik termodynamiczny: substancja ciekła lub gazowa przenosząca ciepło pomiędzy jego źródłami w maszynach cieplnych. Ze względu na zastosowanie do ogrzewania lub chłodzenia używa się nazw: czynnik grzewczy albo chłodniczy.

Przykłady czynników termodynamicznych: woda - z uwagi na powszechne jej występowanie bardzo często wykorzystywana. Ma bardzo dużą pojemność cieplną, ciepło parowania i skraplania. Powszechnie używana jako nośnik chłodniczy i grzewczy. Była pierwszym czynnikiem stosowanym w silnikach cieplnych jako para. Obecnie stosowana w energetyce do napędu turbin parowych. W układach maszyn zarówno w postaci ciekłej jak i do wytwarzania pary stosuje się w większości wodę destylowaną, z uwagi na jej mniejsze właściwości korozyjne. Niestety woda i tak zawsze powoduje korozję, dlatego czasami stosuje się różnego rodzaju inhibitory. Spaliny - są czynnikiem we wszystkich silnikach spalinowych (także w turbinach spalinowych). Jako produkt spalania nie muszą być dostarczane z zewnątrz. Powietrze - czynnik łatwo dostępny i często wykorzystywany. Najczęściej używany do chłodzenia wszędzie tam gdzie chłodzenie cieczą nastręczałoby problemów. Przykładowo: w małych silnikach spalinowych; w układach łopatkowych turbina; w elektrotechnice oraz elektronice do chłodzenia zasilaczy, układów scalonych, CPU i innych elementów. Powietrze jest też traktowane czynnik roboczy przepływając przez sprężarkę albo silnik pneumatyczny. Freon - czynnik chłodniczy używany w chłodziarkach zwanych potocznie lodówkami. Niegdyś bardzo popularny ze względu na bezpieczeństwo użytkowania i dobre właściwości termodynamiczne. Obecnie ze względu na rosnące przekonanie, że szkodzi środowisku naturalnemu próbuje się go udoskonalać. Gaz doskonały: zwany gazem idealnym jest to abstrakcyjny, matematyczny model gazu, spełniający następujące warunki: brak oddziaływań międzycząsteczkowych z wyjątkiem odpychania w momencie zderzeń cząsteczek, objętość cząsteczek jest znikoma w stosunku do objętości gazu, zderzenia cząsteczek są doskonale sprężyste, cząsteczki znajdują się w ciągłym chaotycznym ruchu.

Gaz półdoskonały: taki sam jak gaz doskonały z tą tylko różnicą, że jego ciepło właściwe zależy od temperatury.

Gaz rzeczywisty: pojęcie termodynamiczne oznaczające gaz, który nie zachowuje się ściśle zgodnie z prawami ustalonymi dla gazu doskonałego. W praktyce są to wszystkie gazy istniejące w realnym świecie, aczkolwiek przybliżenie gazu doskonałego może w wielu warunkach być do nich z powodzeniem zastosowane. Przybliżenie to zawodzi jednak w skrajnych warunkach, oraz gdy istnieje potrzeba dokonania bardzo dokładnych obliczeń w warunkach zbliżonych do normalnych.

6. I zasada termodynamiki, bilans energii układu. Rodzaje energii.

Piwsza zasada termodynamiki: jedno z podstawowych praw termodynamiki, jest sformułowaniem zasady zachowania energii dla układów termodynamicznych. Zasada stanowi podsumowanie równoważności ciepła i pracy oraz stałości energii układu izolowanego. Dla układu zamkniętego zasadę można sformułować w postaci: zmiana energii wewnętrznej układu zamkniętego jest równa energii, która przepływa przez jego granice na sposób ciepła lub pracy.
gdzie: ΔU - zmiana energii wewnętrznej układu, ΔQ - energia przekazana do układu jako ciepło, ΔW - praca wykonana na układzie.

Bilans energii: dla dowolnego układu: E_d = ΔE_u + E_w dla procesu elementarnego o czasie trwania T: E_d * T = dE_u + E_w * T

dla procesu przepływowego ustalonego (E_u = idem):E_d = E_w. Gdzie: E_d, E_w - energia doprowadzona do układu i wyprowadzona, ΔE_u- przyrost energii układu, E_d, E_w - strumień energii doprowadzonej i wyprowadzonej. Przykłady form energii: energia mechaniczna, energia kinetyczna, energia potencjalna, energia cieplna, energia elektryczna, energia chemiczna, energia jądrowa, energia potencjałów termodyna.

7. Praca w termodynamice. Praca bezwzględna, techniczna i użyteczna. Praca wewnętrzna i zewnętrzna przemiany.

Praca: równa jest energii jaką układ termodynamiczny wymienia z otoczeniem przy zmianie swoich parametrów makroskopowych (objętość, położenie, natężenie pola, itp.) jeżeli w otoczeniu wywołuje pracę rozumianą jako wielkość makroskopową, np. przesunięcie tłoka, przepływ prądu elektrycznego. Zmiana energii wewnętrznej układu nie powodująca wykonania pracy makroskopowej jest ciepłem (cieplnym przepływem energii). Przepływ energii będący pracą nie zmienia entropii układu, natomiast zmienia ją przepływ energii będący ciepłem. Skoro zmiana energii układu może wynikać zarówno z pracy, jak i z cieplnego przepływu energii, to ilość pracy nie jest jednoznacznie określona stanem początkowym i końcowym układu, lecz zależy od sposobu (drogi) przeprowadzenia procesu, dlatego praca jest funkcją procesu.

Praca bezwzględna: jest to praca wykonana przez czynnik termodynamiczny wtedy gdy ciśnienie otoczenia jest równe zero.

Praca techniczna: jest to także praca polegająca na zmianie objętości, jednak praca ta zawsze jest wykonywana przy jednoczesnym zmniejszaniu wartości ciśnienia.

Praca użyteczna: otrzymujemy po odjęciu pracy otoczenia od pracy bezwzględnej

Praca zewnętrzna przemiany: jest to część pracy układu, która przechodzi przez osłonę bilansową do otoczenia (w obie strony).

Paca wewnętrzna przemiany - jest to część pracy układu, która na skutek tarcia i innych zjawisk pozostaje w układzie zmieniając się na ciepło.

  9. Ciepło w termodynamice. Ciepło właściwe, średnie, rzeczywiste i zależności pomiędzy nimi.

Ciepło: to forma przekazywania energii termicznej. Relacja między energią termiczną a ciepłem jest taka sama jak między pracą i energią w mechanice. Cieplnym odpowiednikiem określenia "wykonanie pracy na układzie" jest określenie "wystąpienie przepływu ciepła". Ciepło przepływa między ciałami, które znajdują się w stosunku do siebie w nierównowadze termicznej, zwykle wtedy, gdy posiadają one różną temperaturę. W niektórych, szczególnych przypadkach może ono jednak także przepływać między ciałami o tej samej temperaturze. Czasami, przez ciepło rozumie się odczucie zadowolenia z przystosowania się organizmu do aktualnych warunków termicznych otoczenia. Naukowo to odczucie nazywa się komfortem cieplnym.

Ciepło właściwe: energia podnosząca temperaturę ciała o jednostkowej masie o jednostkę temperatury.

Średnie ciepło właściwe: ciepło przemiany od temperatury t₁ do temperatury t₂

Rzeczywiste ciepło właściwe: jest to ilość ciepła przypadająca na jednostkę ilości substancji i na jednostkę zmiany temperatury podczas elementarnej przemiany termodynamicznej.

10. Funkcje stanu układu. Reguła Gibbsa. Entalpia. Energia wewnętrzna.

Funkcja stanu: to w termodynamice funkcja zależna wyłącznie od stanu układu, czyli od aktualnych wartości jego parametrów, takich jak masa, liczność materii, temperatura, ciśnienie, objętość i inne. Zmiana wartości funkcji stanu zależy tylko od stanu początkowego i końcowego układu, a nie od sposobu w jaki ta zmiana została zrealizowana. W praktyce stosuje się zwykle następujące funkcje stanu: objętość właściwa (v), energia wewnętrzna (U), entropia (S), energia swobodna A = U - TS,

entalpia H = U + pV, entalpia swobodna G = U - TS + pV, egzergia, (b), wielki potencjał kanoniczny Ω = F - μN

potencjał chemiczny, stężenie molowe dla reakcji chemicznych, aktywność molowa. Funkcje stanu są najczęściej wielkościami konceptualnymi, tj. takimi których nie możemy bezpośrednio zmierzyć i dla których określenia konieczna jest pewna procedura zawierająca różne założenia i konwencje.

Reguła faz Gibbsa: zależność obowiązująca dla każdego układu będącego w równowadze termodynamicznej, łącząca liczbę faz w układzie, liczbę składników niezależnych oraz liczbę stopni swobody:
gdzie: s - liczba stopni swobody, α - liczba niezależnych składników, β - liczba faz.

Entalpia (zawartość ciepła): w termodynamice wielkość fizyczna będąca funkcją stanu mająca wymiar energii, będąca też potencjałem termodynamicznym, oznaczana przez H, 'h',I lub χ, którą definiuje zależność: H= U + p * V gdzie: H - entalpia układu, U - energia wewnętrzna układu, p - ciśnienie, V - objętość.

Energia wewnętrzna: całkowity zasób energii układu stanowiący sumę energii oddziaływań międzycząsteczkowych i wewnątrz cząsteczkowych układu, a także energii ruchu cieplnego cząsteczek oraz wszystkich innych rodzajów energii występujących w układzie. Wartość energii wewnętrznej jest trudna do ustalenia ze względu na jej złożony charakter. W opisie procesów termodynamicznych istotniejsza i łatwiejsza do określenia jest zmiana energii wewnętrznej. Na przykład dla gazu doskonałego jedyną składową energii wewnętrznej, która może się zmieniać, jest energia kinetyczna cząsteczek gazu. Stąd zmiana energii wewnętrznej równa jest zmianie energii kinetycznej cząsteczek. Wynika stąd, że gdy energia wewnętrzna gazu pozostaje stała, nie zmienia się również temperatura gazu doskonałego. Energia wewnętrzna jest jednym z potencjałów termodynamicznych. Według I zasady termodynamiki energia wewnętrzna stanowi jednoznaczną funkcję stanu, którą dla gazu można wyrazić przez dowolne dwa parametry stanu, np. ciśnienie, temperaturę, objętość właściwą, entalpię, entropię i inne.

11. II zasada termodynamiki. Pojęcie entropii.

Druga zasada termodynamiki: w układzie termodynamicznie izolowanym istnieje funkcja stanu zwana entropią S, której zmiana ΔS w procesie adiabatycznym spełnia nierówność
, przy czym równość zachodzi wtedy i tylko wtedy, gdy proces jest odwracalny. W uproszczeniu można to wyrazić też tak: "W układzie termodynamicznie izolowanym w dowolnym procesie entropia nigdy nie maleje"

Entropia: termodynamiczna funkcja stanu, określająca kierunek przebiegu procesów spontanicznych (samorzutnych) w odosobnionym układzie termodynamicznym. Entropia jest miarą stopnia nieuporządkowania układu. Jest wielkością ekstensywną. Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, jeżeli układ termodynamiczny przechodzi od jednego stanu równowagi do drugiego, bez udziału czynników zewnętrznych (a więc spontanicznie), to jego entropia zawsze rośnie. Pojęcie entropii wprowadził niemiecki uczony Rudolf Clausius.

12. Równania kaloryczne substancji, przykład dla gazu doskonałego i inne.

13. Przedstawić przemiany charakterystyczne gazu doskonałego w układach p-v, T-s, p-T.

Przemiana izotermiczna: podczas tej przemiany temperatura gazu nie zmienia się(T = const)

p-V: objętość rośnie wprost proporcjonalnie do malejącego ciśnienia

p-T: ciśnienie maleje lub rośnie bez zmiany temperatury

V-T: objętość maleje lub rośnie bez zmiany temperatury

Przemiana izobaryczna: podczas tej przemiany ciśnienie gazu nie ulega zmianie (p = const)

p-V: objętość maleje lub rośnie bez zmiany ciśnienia

p-T: temperatura maleje lub rośnie bez zmiany ciśnienia

V-T: wraz ze wzrostem objętości temperatura rośnie liniowo

Przemiana izochoryczna: podczas tej przemiany objętość gazu nie ulega zmianie (V = const)

p-V: ciśnienie maleje lub rośnie bez zmiany objętości

p-T: ciśnienie rośnie liniowo wprost proporcjonalnie do wzrostu temperatury

V-T: temperatura maleje lub rośnie bez zmiany objętości

Przemiana adiabatyczna: proces termodynamiczny, podczas którego wyizolowany układ nie nawiązuje wymiany ciepła, lecz całość energii jest dostarczana lub odbierana z niego jako praca. Przemianę tę można zrealizować dzięki użyciu osłon adiabatycznych lub wówczas, gdy proces zachodzi na tyle szybko, że przepływ ciepła nie zdąży nastąpić.

14. Przemiana izentropowa gazu doskonałego zależności pomiedzy parametrami przemiany p,v,T.

Przemiana izentropowa: inaczej adiabata odwracalna. Proces termodynamiczny zachodzący przy stałej entropii właściwej. Odgrywa ona w technice stosunkowo dużą rolę, ponieważ może być jednocześnie adiabatą odwracalną (beztarciową, idealną). Izentropa może być także przemianą rzeczywistą, w której od czynnika odbierane jest ciepło równe ciepłu wewnętrznemu przemiany (ciepłu powstającemu wewnątrz czynnika w wyniku tarcia wewnętrznego). W rzeczywistości przemiana izentropowa jest praktycznie niespotykana, jednak w teorii maszyn cieplnych odgrywa istotną rolę. Jako adiabata odwracalna przewija się szczególnie w teorii sprężarek przepływowych i turbin cieplnych. P, V, T mogą ulec zmianie, lecz Q pozostaje stałe.

14. Ciepło właściwe gazu doskonałego - obliczanie na podstawie ilości stopni swobody.

Ciepło właściwe gazów doskonałych nie zależy od temperatury. Jeśli więc ogrzewamy 1 kg gazu o 1°C od temperatury 0°C do 1°C, to musimy dostarczyć tyle samo ciepła, co podczas ogrzewania od 100°C do 101°C. Klasyczna teoria ciepła właściwego określa, że energia kinetyczna na jeden stopień swobody (oznaczany zwykle literą i) jednej cząsteczki wynosi kT/2, zatem energia jednego mola gazu doskonałego, która jest sumą energii kinetycznej cząsteczek wyraża się wzorem: E = iNkT/2 gdzie: i - liczba stopni swobody cząsteczki, N - liczba cząsteczek w molu (liczba Avogadra), k - stała Boltzmanna (1,3806505(24) * 10 ^ -23 [J/K]), T - temperatura.

15. Ciepło właściwe przemiany politropowej - wyprowadzić zależność.

W tej przemianie istnieje wymiana ciepła dQ=McdT, przy czym średnie ciepło właściwe „c” dla danej politropy jest stałe i równe: c = c_v + p * dV/dt = C_v * [(n - k)/(n - 1)]. Wykładnik politropy n, stały dla danej rodziny przemian, może być dowolną liczbą rzeczywistą większą lub mniejszą od k. Podczas przemiany politropowej wykładnik n jest stały.

16. Podać prawa Leduca i Daltona dla mieszanin gazów. Zastępcze średnie wielkości właściwe.

Prawo Daltona: ciśnienie wywierane przez mieszaninę gazów jest równe sumie ciśnień wywieranych przez składniki mieszaniny, gdyby każdy z nich był umieszczany osobno w tych samych warunkach objętości i temperatury, jest ono zatem sumą ciśnień cząstkowych. W formie matematycznej można je wyrazić jako:
gdzie: p - ciśnienie w mieszaninie k - składnikowej w objętości V i temperaturze T, p_i - ciśnienie cząstkowe składnika "i" w tej samej objętości i temperaturze.

Prawo Leduca zgodnie z którym objętość gazów doskonałych i pół doskonałych jest sumą objętości jego składników występujących oddzielnie pod ciśnieniem i w temperaturze roztworu. Prawo Leduca również w zastosowaniu do gazów rzeczywistych daje niewielkie błędy. Oblicza się w ten sposób, że mnoży się wielkości indywidualne przez udziały i sumuje się tak obliczone iloczyny. 1. udziały gramowe - jeżeli jednostka danej wielkości zawiera w mianowniku kg np. R 2. udziały molowe (objętościowe) jeżeli jednostka danej wielkości zawiera w mianowniku kmol np. M [kg/kmol] 3. objętościowe - jeżeli m³ lub mm³.

Stałą gazową R obliczamy

Masę drobinową M obliczamy

między udziałem moli z_i i gramami g_i składnika roztworu zachodzi zależność

17. Zdefiniować obieg termodynamiczny i wyprowadzić II zasadę termodynamiki dla obiegu.

Obiegi termodynamiczne: to taki cykl kolejnych przemian w którym koniec ostatniej przemiany pokrywa się z początkiem pierwszej, a stan układu po wykonaniu pełnego obiegu wraca do stanu początkowego. Obieg ilustrujemy na wyk. p(v),T(s) - p(v)- układ pracy(Carnota); T(s)- układ ciepła (Belpaire).A

Obiegi dzielimy na prawo bieżne (silnika) i lewo bieżne ( pompa cieplna lub ziębiarka) w obiegu prawo bieżnym kierunek poszczególnych przemian kolejnych pokrywa się z kierunkiem ruchu wskazówek zegara. Praca takiego obiegu jest pracą dodatnią a zatem oddawaną na rzecz otoczenia. Ciepło takiego obiegu jest również dodatnie czyli w obiegu prawo bieżnym praca wykonywana jest kosztem ciepła dostarczanego z otoczenia. W biegu lewo bieżnym jest odwrotnie tzn. praca i ciepło są ujemne czyli, że dla przekazania ciepła pomiędzy jego źródłami należy wykonać pracę. Na obrazie obiegu możemy wyróżnić punkty charakterystyczne. A i B to punkty adiabatyczne wyznaczone przez ograniczające obieg izentropowy. Punkty C i D wyznaczają ograniczające obieg izotermy. Dla obiegu prawo- bieżnego pomiędzy ACB następuje doprowadzenie ciepła do obiegu. Między BDA wyprowadzenie ciepła z obiegu.

II zasada termodynamiki dla obiegu: Równanie (x) sprzeczne jest z II zasadą termodynamiki która mówi że suma przyrostów entropii wszystkich ciał i układów biorących udział w dowolnej przemianie termodynamicznej może być równa 0 gdy przemiany np. odwracalne lub > 0 gdy nieodwracalne. Oznacz to, że nie może istnieć termodynamicznie taki silnik, który pobierałby energię tylko z jednego źródła ciepła bez tzw. Dolnego źródła do którego część energii jest oddawana. Silnik, który pracowałby w oparciu tylko o 1 źródło nazywamy perpetuum mobile II rodzaju. Ostatecznie można sformułować II zasadę termodynamiki tak: nie jest możliwe istnienie perpetuum mobile II rodzaju.A

18. Wyprowadzić zależności określające sprawność silnika oraz efektywność grzania i ziębienia dla dowolnego obiegu.

Silnik obieg prawo bieżny: Td > Tw oraz A

Ziębiarka obieg lewo bieżny: Td < T_ot A

Pompa ciepła: Td < Tw A

19. Omówić obiegi: Carnota, Otto, Diesela,. Przedstawić na wykresach p-V i T-s.

Obieg Carnota: (teoretyczny) składa się z 2 izoterm i 2 izentrop: A

Obieg Otto: Założenia do obiegu są następujące

1. nie ma strat oporów na zaworach roboczych(przemiana1-2 pokrywa się z przemianą wydechu i można ją pominąć)

2. przemiany 2-3 i 4-5 odbywają się na tyle szybko że można założyć że nie ma wymiany ciepła czynnika z otoczeniem co przy przemianie odwracalnej oznacza s=idem

3. przemiana 3-4 spalania oraz 5-2 odbywają się na tyle szybko a ponadto w takiej chwili obrotu gdzie tłok porusza się najwolniej że można przyjąć że v = idem

Stąd obieg teoretyczny Otto składa się z 2 izentrop i 2 izochor. A

Obieg Diesla: w obiegu rzeczywistym Diesla zapłon mieszanki następuje samoczynnie po sprężeniu czynnika w taki sposób że jego temp. Osiągnie temp. samozapłonu. Spalanie przebiega nieco inaczej niż w silniku Otto i modeluje się je jako przemianę izobaryczną. Można stąd wnioskować że trwa nieco dłużej i zaczyna się później niż w silniku Otto teoretyczny obieg Diesla składa się z 2 izentrop 1 izobary i 1 izochory. A

20. Parametry opisujące stan mieszanin wielofazowych. Pojęcie stopnia suchości pary.

Mieszanina wielofazowa są to dwa lub więcej zmieszanych składników - niereagujących lub słabo reagujących ze sobą i nietworzących substancji homogenicznej, które mogą się różnić stanem skupienia lub gęstością. Przykładami mieszanin wielofazowych są: woda z powietrzem (mieszanina ciecz - gaz), ropa z gazem ziemnym (mieszanina ciecz - gaz), woda z olejem (mieszanina ciecz - ciecz), woda z kamieniami (mieszanina ciecz - ciało stałe), woda z piaskiem (mieszanina ciecz - ciało stałe), powietrze - kamienie (mieszanina gaz - ciało stałe).

Stopień suchości pary: parametr określający zawartość pary nasyconej w parze mokrej (mieszaninie cieczy nasyconej i pary nasyconej suchej).
gdzie: m_p - masa fazy gazowej (pary nasyconej suchej), m_c-- masa fazy ciekłej (cieczy nasyconej) w parze mokrej

21 Naszkicować wykresy p-t, p-v, T-s i i-s  dla  H₂O.

22 Podać równania kaloryczne dla pary  nasyconej.

23. Parametry opisujące stan gazu wilgotnego.

Wilgotność: A

Stopień zawilżenia: A

24. Naszkicować wykres Molliera i-X i wrysować przemiany zachodzące przy izobarycznym chłodzeniu powietrza poniżej punktu rosy.

25. Sposoby przekazywania ciepła i podstawowe zależności je opisujące

Przewodzenie ciepła: przenoszenie ciepła w obrębie danego ciała od jednych drobin do drugich lub przez dyfuzję. Wzór ten dla jednorodnego przewodzenia ciepła przez cienką ściankę prostopadle do jej powierzchni w kierunku x przyjmuje postać:
gdzie: Q - natężenie przepływu ciepła (ilość ciepła wymieniona w jednostce czasu), λ - współczynnik przewodzenia ciepła, A - powierzchnia wymiany ciepła, T - temperatura
Konwekcja: (unoszenie ciepła) ciepło płynie z cząsteczkami płynu od ściany przegrody do rdzenia strumienia lub odwrotnie(proces przenoszenia ciepła wynikający z makroskopowego ruchu materii w gazie bądź cieczy, np. powietrzu, wodzie. Czasami przez konwekcję rozumie się również sam ruch materii związany z różnicami temperatur, który prowadzi do przenoszenia ciepła.)

Promieniowanie: ciepło przenosi się od jednego ciała do drugiego w postaci energii promienistej (za pośrednictwem fal elektromagnetycznych) strumień cząstek lub fal wysyłanych przez ciało.

26. Przenikanie ciepła przez przegrodę płaską przenikalnośc cieplna przegrody k.

Przepływ ciepła między płynami, o różnych temperaturach, rozdzielonymi ścianką, nosi nazwę przenikania ciepła. Obejmuje ono: przewodzenie ciepła przez przegrodę oraz wnikanie ciepła na obu powierzchniach ścianki. Wielkość strumienia przepływającego ciepła jest proporcjonalna do różnicy temperatur płynów i powierzchni wymiany ciepła. Ujmuje to równanie Pecleta: Q  k  F  (TA  TB  gdzie: F - pole powierzchni wymiany ciepła [m²], T_A - temperatura płynu a [K],

T_B - temperatura płyny B [K].

27. Rodzaje paliw i podstawowe równania stechiometryczne spalania.

Rodzaje paliw: gazowe, stałe, ciekłe.

Paliwo stałe i ciekłe: dla 1 kg paliwa stałego skład = c+h+s+o+n+w+p=1 kg paliwa

(c - węgiel, h - wodór, s - siarka, o - tlen, n' - azot, w - woda, p - popiół).

n'_c=c/12 +s/32 - kmol(C+S)/kgp; n'_H2=h/2 - kmolH₂/kgp; n'_O2=o/32 - kmolO₂/kgp;

n'_N2=n/28 - kmol N₂/kgp; n'_H2O=w/18 - kmolH₂O/kgp.

Paliwa Gazowe: H₂ + CO + CH₄ + C_mH_n + O₂ + N₂ + CO₂ + ... = 1

n'_C=CO+ CH₄+m C_mH_n+ CO₂ - kmolC/kmols.g.p.; n'_H2= H₂+ 2CH₄+n/2 C_mH_n - kmolH₂/kmols.g.p.;

n'_O2=1/2CO+ CO₂+ O₂ - kmolO₂/kmols.g.p.; n'_N2= N₂ - kmolN₂/kmols.g.p.; n'_H2O=X_{z g} - kmolH₂O/kmols.g.p.

28. Obliczenie ilości spalin na podstawie składu paliwa i współczynnika nadmiaru powietrza.

Współczynnik nadmiaru powietrza λ: stosunek rzeczywistej ilości (masy) powietrza, w której spalane jest paliwo, do ilości potrzebnej do całkowitego spalenia paliwa (ilość stechiometryczna). W celu uzyskania całkowitego spalania konieczne jest zwykle doprowadzenie większej ilości powietrza, niż to wynika z równań stechiometrycznych. Dotyczy to szczególnie paliw stałych (np. pył węglowy). Jeśli spalane jest paliwo gazowe lub dobrze odparowane paliwa ciekłe, to ilość powietrza konieczna do uzyskania całkowitego spalania jest niewiele większa od stechiometrycznej. Wyrażamy to wzorem: λ = L/L_t gdzie: L - rzeczywista masa suchego powietrza, w którym następuje spalanie paliwa, L_t - teoretyczne zapotrzebowanie na suche powietrze. Współczynnik nadmiaru powietrza można obliczyć na podstawie składu spalin:

---