Przedmiot:
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych
Prowadzący:
Marian Piwowarski
Pokój: 131A, tel: [phone], [e-mail]
1
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Plan Zajęć
1.Spotkanie otwierające, podstawy termodynamiczne;
2.Obiegi cieplne siłowni z turbinami parowymi (obieg Clausiusa-
Rankine a, regeneracyjny podgrzew wody zasilającej, przegrzew
międzystopniowy, siłownie nuklearne, przykłady obiegów siłowni
z turbinami parowymi);
3.Obiegi cieplne siłowni z turbinami gazowymi (obieg Braytona,
obieg rzeczywisty otwarty prosty, obieg z regeneracją, obieg z
chłodzeniem międzystopniowym, obieg z sekwencyjnymi
komorami spalania, obiegi zamknięte turbin gazowych);
2
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Plan Zajęć
4.Kombinowane obiegi parowo-gazowe (z dopalaniem, bez
dopalania, z kotłami wielociśnieniowymi);
5.Skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła (turbiny
przeciwprę\
ne, upustowe, układy parowo-gazowe);
6.Zasada pracy stopnia turbiny osiowej, palisady turbinowe,
siły działające na łopatki, moc i sprawność stopnia, turbiny
wielostopniowe, moc i sprawność turbiny wielostopniowej,
przykłady turbin parowych i gazowych.
7.Klasyfikacja sprę\
arek;
3
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Plan Zajęć
8.Zasada pracy i budowa sprę\
arek tłokowych i śrubowych,
charakterystyki sprę\
arek tłokowych, zasada działania i
podstawowe elementy sprę\
arki tłokowej;
9.Zasada pracy sprę\
arki osiowej, główne parametry i
wskaz
niki charakterystyczne sprę\
arki osiowej,
charakterystyki sprę\
arki osiowej;
10.Zasada pracy sprę\
arki promieniowej, główne parametry i
wskaz
niki charakterystyczne sprę\
arki promieniowej,
charakterystyki sprę\
arki promieniowej;
11.Zaliczenie (kolokwium dnia 02 grudnia 2008r).
4
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Literatura:
1.Boyce M. P.  Gas Turbine Engineering Handbook Second Edition, Butterworth-
Heinemann, Boston, Oxford, Johannesburg, Melbourne, New Delhi, 2002;
2.Chmielniak T.  Turbiny cieplne, podstawy teoretyczne Wydawnictwo Politechniki
Śląskiej, Gliwice, 1998;
3.Chmielniak T.  Zagadnienia cieplnych maszyn przepływowych Wydawnictwo
Politechniki Śląskiej, Gliwice, 1977;
4.Chmielniak T.  Maszyny przepływowe Wydaw. Pol. Śląskiej, Gliwice, 1997;
5.Chmielniak T.  Technologie energetyczne Wydaw. Pol. Śląskiej, Gliwice, 2004;
6.Chmielniak T.  Obiegi termodynamiczne turbin cieplnych Zakład Narodowy im.
Ossolińskich, Wrocław, 1988;
7.Chmielniak T., Kosman G., Otte J., Werbowski T.  Zbiór zadań z turbin
cieplnych-zagadnienia cieplno-przepływowe Wydawnictwo Pol. Śląskiej, Gliwice,
1976;
8.Cohen H., Rogers G. F. C., Saravanamuttoo H. I. H.  Gas Turbine Theory Third
Edition, Longman Scientific & Technical, 1987;
5
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Literatura:
9.Cwilewicz R., Perepeczko A.  Okrętowe turbiny parowe Wyd. AM Gdynia 2002.
10.Cwilewicz R.  Okrętowe turbiny gazowe Wyd. AM, Gdynia 2004.
11.DOE Fundamentals Handbook Thermodynamics,  Heat Transfer, And Fluid Flow ,
Volume 1 of 3, U.S. Department of Energy, Washington, June 1992;
12.Eckert B.  Sprę\
arki osiowe i promieniowe-zastosowanie, teoria, obliczanie PWT,
Wa-wa, 1959;
13.Fox W.J., McBirnie S. C.  Marine Steam Engines and Turbines Newnes-
Butterworths, London, 1970;
14.Giampaolo T.  Gas Turbine Handbook, Principles and Practices 3rd Edition,
Fairmont Press, 2006;
15.Gundlach W. R.  Maszyny przepływowe WNT, Warszawa, 1971;
16.Hedman B. A.  The Potential for Combined Heat and Power (CHP) An
Underserved Market for Combined Heat and Power, Energy and Environmental
Analysis, Inc., September 19, 2005;
6
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Literatura:
17.Horlock J. H.  Advanced Gas Turbine Cycles An imprint of Elsevier Science,
Amsterdam, Boston, Heidelberg, London, New York, Oxford, Paris, San Dego, San
Francisco, Singapore, Sydney, Tokyo, 2003;
18.Janiczek R. S.  Eksploatacja elektrowni parowych WNT, Warszawa, 1992;
19.Kehlhofer R.,  Combined Cycle Gas &Steam Turbine Power Plants PennWell
Publishing Company, 1997;
20.Kosowski K.  Introduction to the Theory of Marine Turbines Wydawnictwo
Politechniki Gdańskiej, Gdańsk; 2005;
21.Kosowski K.  Ship Turbine Power Plants Fundamentals of Thermodynamical Cycles
Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk; 2005;
22.Kosowski K. at al, Steam and Gas Turbines. Power Plants, Alstom, France-
Switzerland-United Kingdom-Poland, 2007;
23.Kosowski K. at al, Steam and Gas Turbines. Principles of Operation and Design,
Alstom, France-Switzerland-United Kingdom-Poland, 2007;
7
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Literatura:
24.Kostyuk A., Frolov V.  Steam and gas turbines Mir, Moscow, 1988;
25.Kowalski A.  Okrętowe turbozespoły spalinowe Wydawnictwo Morskie, Gdańsk,
1983;
26.Laudyn D., Pawlik M., Strzelczyk F.  Elektrownie WNT, Warszawa, 1995;
27.Lee J. F.  Theory and design of steam and gas turbines McGraw-Hill, London, New
York, 1954;
28.Leizerovich A. S.  Steam Turbines for Modern Fossil-fuel Power Plants Inc
NetLibrary, 2007;
29.Logan Earl, Jr. Ro R.  Handbook of Turbomachinery Second Edition, Arizona State
University, Marcel Dekker Inc. New York, Basel, 2003;
30.Marecki J.  Podstawy przemian energetycznych WNT, Warszawa, 1995;
8
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Literatura:
31.Major A.  Foundations for high speed machinery. Steam and nuclear power plants.
Structural details Newnes-Butterw., Akademia Kiado, Budapest, 1980;
32.Milton J. H.  Marine Steam Boilers Newnes-Butterworths, London, 1970;
33.Miller A., Lewandowski J.  Układy gazowo-parowe na paliwo stałe WNT,
Warszawa, 1993;
34.Nikiel T.  Turbiny parowe WNT, Warszawa, 1980;
35.Ochęduszko S.  Termodynamika stosowana WNT, Warszawa 1967;
36.Perepeczko A.  Okrętowe pompy, sprę\
arki i wentylatory Wydawnictwo Morskie,
Gdańsk, 1976;
37.Perepeczko A.  Okrętowe turbiny parowe Wydawnictwo Morskie, Gdańsk, 1976;
38.Perycz S.  Turbiny parowe i gazowe , Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej,
Gdańsk; 1988;
9
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Literatura:
39.Perycz S.  Turbiny parowe elektrowni jądrowych , Wydawnictwo Politechniki
Gdańskiej, Gdańsk 1986;
40.Pihowicz W.  Okrętowe siłownie jądrowe z reaktorami wodnociśnieniowymi
Wydawnictwo Morskie, Gdańsk, 1986;
41.Piotrowski I., Witkowski K.  Okrętowe silniki spalinowe TRADEMAR, Gdynia, 1996;
42.Piotrowski I.  Okrętowe silniki spalinowe: działanie i eksploatacja Wydawnictwo
Morskie, Gdańsk, 1971;
43.Piotrowski I.  Okrętowe silniki spalinowe: zasady budowy i działania Wydawnictwo
Morskie, Gdańsk, 1983;
44.Salejda W.,  Termodynamika Politechnika Wrocławska, Wrocław, 2006;
45.Samojłowicz G., Trojanowski B.  Turbiny Parowe  zbiór zadań PWN Warszawa,
1957;
46.)53;O52 A. B.  0@>2K5 BC@18=K -=5@38O, >A:20, 1976;
10
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Literatura:
47.Schmidt E.  Properties of water and steam in SI-Units : thermodynamische
Eigenschaften von Wasser und Wasserdampf : 0-800 �C, 0-1000 bar Springer-
Verlag, Berlin, M�nchen, 1979;
48.Traupel W.  Thermische Turbomaschinen Springer-Verlag, Berlin/ Heidelberg/
New York, 1968;
49.Tuliszka E.  Turbiny cieplne-zagadnienia termodynamiczne i przepływowe WNT,
Warszawa, 1973;
50.Tuliszka E.  Sprę\
arki, dmuchawy i wentylatory WNT, Warszawa, 1976;
51.Wędzik A.  Układy kombinowane produkcji energii elektrycznej, Część I.
Zagadnienia techniczne Energetyka, pp. 323-338, maj 2006;
52.Wojnowski W.  Okrętowe siłownie spalinowe . Wyd. PG, Gdańsk 1991;
53.Woodyard D.  Pounder s Marine Diesel Engines and Gas Turbines 2004;
54. Woodward J.B.  Marine gas turbines John Wiley, New York, 1975;
11
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
Podstawowe prawa termodynamiczne znajdują zastosowanie w analizie
obiegów turbin parowych oraz gazowych.
W maszynach turbinowych, u\
ywanych w siłowniach, gazy (para wodna,
spaliny itp.) są u\
ywane jako media robocze. Istotne jest aby poznać
podstawowe prawa i parametry opisujące te czynniki.
Główne parametry opisujące właściwości tych czynników to temperatura,
ciśnienie, gęstość itd. Parametry te zmieniają się podczas pracy urządzeń
turbinowych.
W technicznych zastosowaniach mamy do czynienia z gazami
rzeczywistymi, które trudno jest opisać prostymi matematycznymi
formułami. Często te\
do opisu zjawisk fizycznych stosuje się
uproszczenia np.: gazy idealne (doskonałe) itp.
12
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
Je\
eli cząsteczki gazu nie oddziałują ze sobą poza krótkimi
zderzeniami sprę\
ystymi, są punktami materialnymi, tzn. mają
zerową objętość, to gaz taki nazywamy gazem doskonałym.
Gazy rzeczywiste spełniają te zało\
enia przy niskich ciśnieniach (tj.
małych gęstościach), kiedy to odległości między ich molekułami są
dostatecznie du\
e. Większość gazów w warunkach normalnych
mo\
e być traktowana jak gaz idealny.
Gaz doskonały (idealny) to model
matematyczny spełniający warunki:
" Brak oddziaływań między cząstkami za
wyjątkiem odpychania w momencie zderzeń;
" Objętość cząsteczek jest znikoma w stosunku
do objętości gazu;
" Zderzenia cząsteczek są doskonale sprę\
yste;
" Cząsteczki znajdują się w ciągłym chaotycznym
ruchu.
13
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
Temperatura - podstawowa w termodynamice wielkość fizyczna (parametr stanu) - jest miarą
stopnia nagrzania ciał. Z termodynamicznego punktu widzenia jest ona wielkością reprezentującą
wspólną własność dwóch układów pozostających ze sobą w równowadze.
Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek
tworzących dany układ (miara tej energii).
Jeśli dwa ciała mają tę samą temperaturę, to w bezpośrednim kontakcie nie przekazują sobie
ciepła, gdy zaś mają ró\
ną temperaturę, to następuje przekazywanie ciepła z ciała o wy\
szej
temperaturze do ciała o ni\
szej - a\
do wyrównania się temperatur obu ciał.
Temperatura bezwzględna T układu zło\
onego z atomów jak i kilkuatomowych cząsteczek jest
określona jako średnia energia kinetyczna E ruchu pojedynczej cząsteczki (mierzona względem
środka masy układu), przypadająca na jeden stopień swobody ruchu:
2E
T =
k
Współczynnik proporcjonalności k pomiędzy jednostkami temperatury i energii nazywany jest
stałą Boltzmanna, a jego wartość liczbowa wynosi k=1.38x10-23 J/K.
14
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
W układzie SI jednostką temperatury jest kelwin. Jeden kelwin (K) to 1/273.16 część temperatury Tr
punktu potrójnego wody. Temperatura wyra\
ana w kelwinach nosi nazwę temperatury bezwzględnej. W
Polsce u\
ywamy powszechnie skali Celsjusza, w której 100�C odpowiada temperaturze wrzenia wody, a 0�C
 temperaturze zamarzania wody (w warunkach normalnych).
Najczęściej u\
ywaną w Polsce i wielu innych krajach
jednostką temperatury są stopnie Celsjusza. Wzór do
przeliczania stopni Celsjusza na kelwiny jest następujący:
T[K] = t[�C] + 273.16
W USA u\
ywa się stopni Fahrenheita. W tej skali
temperatura zamarzania wody jest równa 32�F a wrzenia
212�F. Wzór przeliczający stopnie Fahrenheita na stopnie
Celsjusza:
t[�C] = 5/9 * tF[�F] - 32
Wzór przeliczający stopnie Celsjusza na stopnie
Fahrenheita:
t[�F] = tC[�C] * (9/5) + 32
pTr = 611.2Pa; TTr = 273.16K pCP = 22.115MPa ; TCP = 647.24K
To stan termodynamiczny, w którym istnieją ze sobą w równowadze trzy fazy stany skupienia) wody: stała,
ciekła i gazowa.
15
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
Ciśnienie to wielkość skalarna określona jako wartość siły działającej prostopadle do
powierzchni podzielona przez powierzchnię na jaką ona działa, co przedstawia zale\
ność:
gdzie:
p  ciśnienie (Pa),
Fn
Fn - składowa siły prostopadła do powierzchni (N),
p = [Pa]
S - powierzchnia (m2).
S
W przypadku gazów w stanie ustalonym w spoczynku, ciśnienie jakie gaz wywiera na
ścianki naczynia jest funkcją objętości, masy i temperatury. Uogólnieniem pojęcia ciśnienia
jest naprę\
enie. Do pomiaru słu\
y manometr czy barometr.
16
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
Ciśnienie mo\
e być określone względem pró\
ni  tzw. ciśnienie bezwzględne
czyli absolutne, a względem ciśnienia w otoczeniu  nadciśnienie.
W technice powszechnie mierzy się i podaje ciśnienie płynów względem ciśnienia
atmosferycznego; nadciśnienie w tym znaczeniu określa się jako ciśnienie
manometryczne.
Przykładowo, \
e jeśli ciśnienie w pojemniku jest równe 0.3 MPa (nadciśnienie), to
ciśnienie bezwzględne wynosi 0.3 MPa + 0.1 MPa = 0.4 MPa (0.1 MPa to w
przybli\
eniu ciśnienie atmosferyczne).
Przed upowszechnieniem SI ciśnienie manometryczne zaznaczało się to przez
dodatek litery n po symbolu wymiaru ciśnienia, dla odró\
nienia ciśnienie absolutne
zaznaczało się przez dodatek litery a, tzn. w przytoczonym przykładzie ciśnienie
byłoby podane jako 3 atn lub 4 ata (w przybli\
eniu 0.1 MPa = 1 at).
17
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
Gęstość (masa właściwa)  masa jednostki objętości, dla substancji jednorodnych określana jako
stosunek masy (m) do objętości (V):
m kg
�ł łł
� =
�łm3śł
V
�ł �ł
gdzie m oznacza masę ciała (jako funkcję objętości), zaś V jego objętość. Jednostki gęstości: kg/m3
Gęstość jest cechą charakterystyczną substancji, a w warunkach standardowych stanowi jedną z
najwa\
niejszych cech substancji  słu\
y do obliczania masy i cię\
aru określonej objętości substancji
m = � * V
Objętość właściwa  objętość zajmowana w dowolnych warunkach przez substancję o masie 1kg,
wyra\
ona w m3/kg. Jest odwrotnością gęstości. Objętość właściwa odnosi się zwykle do gazów. Znając
jej wartość i wartość dowolnego innego parametru stanu mo\
na wyznaczyć pozostałe funkcje i
parametry stanu.
�łm3 łł
V 1
v = =
�ł śł
m � kg
�ł �ł
Największy wpływ na objętość właściwą ma ciśnienie, np. podczas przepływu pary wodnej przez
turbinę parową kondensacyjną następuje wzrost objętości właściwej o kilkaset, a nawet ponad tysiąc
razy. Tak du\
a ró\
nica wynika z du\
ej ró\
nicy ciśnienia pary: na wlocie do turbiny - rzędu kilkunastu
MPa, a na wylocie - kilku kPa.
18
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
Energia wewnętrzna (w termodynamice - oznaczana zwykle jako U lub EW) część energii
układu zale\
na tylko od jego stanu wewnętrznego, stanowi ona sumę energii oddziaływań
międzycząsteczkowych i wewnątrz cząsteczkowych układu oraz energii ruchu cieplnego
cząsteczek.
Energia wewnętrzna właściwa dla jednostkowej masy 1kg opisywana jest literą u i ma
jednostkę [J/kg]
W skład energii wewnętrznej wchodzą:
" energia ruchu postępowego cząsteczek (np. ruchu cieplnego),
" energia ruchu obrotowego cząsteczek,
" energia ruchu drgającego cząsteczek (np. energia ruchu drgającego atomów wokół poło\
eń
równowagi w wieloatomowych cząsteczkach),
" energia oddziaływań międzycząsteczkowych
" energia wiązań chemicznych,
" energia jądrowa, czyli energia wiązania protonów i neutronów w jądrach atomowych.
19
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
Entalpia H (zawartość ciepła)  termodynamiczna funkcja stanu mająca wymiar energii, będąca te\

potencjałem termodynamicznym. Entalpia jest wielkością, z której dogodnie jest korzystać przy
rozpatrywaniu przemian przebiegających dla układów (np.: silnik, sprę\
arka, kocioł parowy itp.), których
objętość mo\
e się zmieniać w czasie przemiany. Dla takich przemian zmiana entalpii równa jest sumie ciepła
i pracy tych przemian (I Zasada termodynamiki)
W termodynamice technicznej przydatne są tzw. wielkości termodynamiczne właściwe (odniesione do
jednostki masy rozpatrywanego czynnika termodynamicznego). Wprowadza się więc entalpię właściwą o
wzorze definicyjnym w postaci:
gdzie: u - energia wewnętrzna właściwa,
�ł łł
J
v  objętość właściwa, p - ciśnienie.
h = u + p�"v�ł śł
�łkg�ł
Entalpię gazu doskonałego mo\
na wyznaczyć z zale\
ności:
�ł łł
gdzie: cp  ciepło właściwe przemiany izobarycznej, J
h = cp �"t�ł śł
t - temperatura czynnika.
�łkg�ł
Moc dowolnej maszyny przepływowej (turbiny, sprę\
arki itp.) obliczana jest jako iloczyn wewnętrznego
spadku (bądz
przyrostu) entalpii czynnika przepływowego i strumienia masy rozprę\
anego (lub sprę\
anego)
czynnika.
20
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
Entropia jest to termodynamiczna funkcja stanu określająca kierunek przebiegu procesów spontanicznych w
odosobnionym układzie termodynamicznym. II zasada termodynamiki stwierdza, \
e je\
eli układ
termodynamiczny przechodzi od jednego stanu równowagi do drugiego bez udziału czynników zewnętrznych
(spontanicznie), to jego entropia zawsze rośnie. Pojęcie entropii wprowadził niemiecki uczony Rudolf Clausius.
Według II zasady termodynamiki zmiana entropii jest zdefiniowana przez ró\
niczkę zupełną jako:
�ł
dq J łł
1
t
ds =
czynnik całkujący (T - temperatura bezwzględna) �ł śł
T kg �" K
T
�ł �ł
dqt ciepło elementarne, czyli niewielka ilość ciepła dostarczona do układu
Według II zasady termodynamiki, ka\
dy układ zamknięty dą\
y do równowagi, w którym entropia osiąga
maksimum. Wiadomo, \
e entropia olbrzymiej większości znanych układów zamkniętych rośnie w kierunku,
który nazywamy przyszłością. Tak więc, termodynamika określa kierunek upływu czasu (tzw.
termodynamiczna strzałka czasu).
21
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
W fizyce, energia kinetyczna to energia ciepła, wynikająca z jego ruchu. Dla ciała o masie m
oraz prędkości liniowej c znacznie mniejszej od prędkości światła w pró\
ni. Energia kinetyczna
ruchu postępowego wynosi:
m�"c2
E = [J]
�ł łł 2
E c2 J
e = =
Energia kinetyczna właściwa:
�łkgśł
m 2
�ł �ł
Energia potencjalna jest to energia jaką posiada element umieszczony w polu potencjalnym.
Energię potencjalną zawsze definiuje się względem jakiegoś poziomu zerowego. Podobnie jak pracę,
energię potencjalną mierzy się w d\
ulach [J].
gdzie:
m  masa [kg],
Ep = m�" g�" z [J] c  prędkość [m/s],
g  przyspieszenie ziemskie [m/s2],
z  wysokość [m].
Egzergia  maksymalna praca, jaką układ termodynamicznie otwarty mo\
e wykonać w danym
środowisku o stałej temperaturze w procesie odwracalnym. Termin określa zdolność do
wykonywania pracy, jest rodzajem energii, która mo\
e słu\
yć jako zapas energii.
22
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
�ł łł
J
�ł łł
J
dL = -V �" dp[J]
dl* = p �"dv�ł śł
dL* = p �"dV[J]
dl = -v �"dp�ł śł
�łkg �ł
�łkg �ł
2
2
�ł łł
J
*
�ł łł
J
l1-2 = pdv�ł śł Praca obiegu
l1-2 = -
+" �ł śł
Praca techniczna obiegu
+"vdp�łkg �ł
�łkg �ł
1
1
23
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
Ciepło w termodynamice to jedna z form, obok pracy, przekazywania energii termicznej. Ciepło
przepływa między ciałami, które posiadają ró\
ną temperaturę. W niektórych, szczególnych
przypadkach mo\
e ono jednak tak\
e przepływać między ciałami o tej samej temperaturze. Jeśli
między ciałami o ró\
nej temperaturze następuje odpowiedni kontakt, część energii wewnętrznej
ciała o wy\
szej temperaturze przepływa spontanicznie do ciała o temperaturze ni\
szej, a\
do
wyrównania temperatur obu ciał. Ilość energii, która przepłynęła w ramach tego procesu
równowa\
na jest ilości ciepła jaką oba ciała między sobą wymieniły.
24
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
Ciepło właściwe układu przy stałym ciśnieniu cp
jest to ilość ciepła potrzebna do podwy\
szenia
temperatury masy ciała 1kg o 1 stopień Celsjusza
lub Kelwina przy stałym ciśnieniu.
Ciepło właściwe układu przy stałej objętości cv
jest to ilość ciepła potrzebna do podwy\
szenia
temperatury masy ciała 1kg o 1 stopień Celsjusza
lub Kelwina przy stałej objętości.
1 �ł łł
J
c
�ł łł � �ł łł
J J
p cv = �" R�ł śł
= � [-]
cp = �" R�ł śł
cp - cv = R�ł śł
� -1
�łkg �" K �ł
cv
� -1 �" K
�łkg �ł
�łkg �" K �ł
25
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
I zasada termodynamiki to zasada zachowania energii, czyli ogólna reguła głosząca, \
e
energia w \
adnym procesie nie mo\
e pojawić się "znikąd".
"U = "Q + W
Zmiana energii wewnętrznej ("U) układu jest równa sumie pracy wykonanej (W) przez układ
bądz
nad układem i ciepła dostarczonego lub oddanego przez układ ("Q).
je\
eli:
26
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
II zasada termodynamiki: W izolowanym układzie termodynamicznym istnieje
funkcja stanu S zwana entropią. Entropia S izolowanego układu termodynamicznego
nie maleje.
W powy\
szym sformułowaniu dS oznacza zmianę entropii izolowanego układu w dowolnym
nieskończenie małym procesie termodynamicznym. Dla skończonej przemiany A B, jakiej
podlega układ termodynamiczny, spełniona jest relacja:
Matematyczny zapis tego faktu to następujące sformułowanie: zmiana entropii "S w dowolnym
procesie odwracalnym jest równa całce z przekazu ciepła DQ podzielonego przez temperaturę T.
W procesie nieodwracalnym natomiast zmiana entropii jest większa od tej całki. Forma całkowa
II zasady termodynamiki wygląda następująco:
DQ
"S e"
+"
T
Ró\
nica ta jest miarą nieodwracalności procesu i jest związana z rozpraszaniem energii.
Oznaczenie DQ u\
yte do zapisu przyrostu ciepła ma na celu odró\
nienie tego przyrostu od
ró\
niczki, poniewa\
przyrost ciepła nie jest ró\
niczką \
adnej funkcji. Gdyby był ró\
niczką, ciepło
byłoby funkcją stanu.
27
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
Przemiana politropowa  proces termodynamiczny, podczas który spełnia następujący związek:
p  ciśnienie, V  objętość,
n  wykładnik (współczynnik) politropy, stały dla
danego procesu politropowego, ale przyjmujący dla
ró\
nych procesów politropowych ró\
ne wartości, od
minus do plus nieskończoności.
Wykładnik politropy jest równy: C - Cp
Praca
n =
C - CV
CP -pojemność cieplna określona w warunkach stałego
ciśnienia,
CV -pojemność cieplna określona w warunkach stałej
objętości,
C -pojemność cieplna w danej przemianie.
Praca techniczna
28
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
Przemiana izochoryczna, w której V = const. opisana równaniem:
Równanie tej przemiany (prawo Charlesa) ma postać:
Praca obiegu:
Praca techniczna:
Ciepło:
29
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
Przemiana izobaryczna, w której p = const, opisywana prawem Gay - Lussaca:
Praca obiegu:
Praca techniczna:
Ciepło:
30
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
Przemiana izotermiczna, T = const., równanie (prawo Boyle a  Mariotte a) ma postać:
Praca obiegu:
Praca techniczna:
Ciepło:
31
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
Przemiana adiabatyczna odwracalna, której podlega gaz doskonały, całkowicie izolowany
cieplnie od otoczenia. Równanie adiabaty ma postać:
Praca obiegu:
Ciepło:
Praca techniczna:
Praca obiegu:
Praca techniczna:
32
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
Przemiana adiabatyczna nieodwracalna:
Praca obiegu:
Praca techniczna:
Praca techniczna:
Praca obiegu:
Sprawność wewnętrzna turbiny:
Sprawność wewnętrzna sprę\
arki:
33
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
Praca:
Praca techniczna:
34
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
35
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
36
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
37
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
38
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
39
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
40
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Podstawy termodynamiczne
41
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]
Podstawy Maszyn Cieplnych Okrętowych, Semestr III studia in\
ynierskie
Dziękuję za uwagę
42
Marian Piwowarski, p.131A, tel:[phone], [e-mail]