Podstawowe Jednostki SI ( w Technice cieplnej):
-masy (m), kg
-liczność(n), kmol
-temp. (T), K
-wymiar liniowy (l), m
-czas (r-tał), s-sec.
Pochodne jednostki Ukł. SI:
-siła F=m*a ; kg*m/s2=N
-praca P=F*l ; N*m=J= W*s
-moc N=P/r-(tał) ; J/s=W
-ciśnienie p=F/A ; N/m2=Pa
Spójność (koherentność)- przy tworzeniu jednostek pochodnych układu SI w definicji występuje zawsze mnożnik równy 1.
Jednostki krotne (SI)- tworzymy mnożąc jednostki podstawowe i pochodne przez 10 z wykładnikami +_ 1,2,3,6,9,12(...).
-w ramach układu SI
J=N*m= W*s
Pa=N/m2
-między układem SI a układem technicznym:
kcal=4,187kJ = 1,163*10-3 kWh.
KWh= =360kcal=3600kJ
KG= 9,81N
Stałe fizyczne:
g=9,81m/s2
v-n=22,7 m3n/kmol- objętość w warunkach normalnych.
pn-=1000hPa Tn=273,15 K=O stop. C
R=(MR)=8315 J/kmol*K - uniwers. stał. gaz.
Układ termodynamiczny część przestrzeni ograniczona częścią materialną lub abstrakcyjną zwaną osłoną bilansową.
Otwarty gdy przez osłonę przepływa materia.
Zamknięty gdy ilość materii w układzie jest stała.
Układ termodynamiczny zamknięty( bilans ciepła):
m*c*t1+_=Q1-2=m*c*t2
Układ termodynamiczny otwarty:
m*c*T1=N+Q1-2+m*c*T2
Parametr termodynamiczny- to każda wielkość fizyczna zależna od stanu układu a nie jego historii T, p Delta Delta T= Delta p itp.
Wyrażenie Pfaffa- to wielkości zależna od historii np. praca, ciepło a ich zmiany tych wielkości przy zmianie tych parametrów od 1->2 ciepło przemiany zależy od historii.
l1->2 , kJ/kg q1-2
Klasyfikacja gazów-
Gaz doskonały- nie skrapla się, ma stałe ciepło właściwe, spełnia prawa gazowe c=const.
Gaz pół doskonały- nie skrapla się, nie ma stałego ciepła właściwego, spełnia prawa gazowe.(spaliny) c=/const.
Gaz rzeczywisty- nie spełnia żadnego wyżej podanego warunku, skrapla się nie ma stałego ciepła właściwego i nie spełnia prawa gazowego. (mgła)
P*v=R*T (1) v, m3/kg
Podciśnienie- niższe od otoczenia
Cisnienie nemometryczne to ciśnienie jest wyższe od otoczenia
Ciśnienie barometryczne jest takie same jak otoczenia.
Ciśnienie dynamiczne:
Rurka Prandtla
MIESZANINY:
Prawo Daltona- każdy składnik mieszaniny zachowuje się tak jakby sam zajmował całą przestrzeń a powstałe składniki nie istniały.
i-1,2,3... składniki mieszaniny
Mnemotechniczna reguła zapisu- jeżeli dana wielkość techniczna ma ilość substancji wyrażoną w jednostce masy to we wzorach stosujemy udziały masowe, gdy w jednostkach liczności materii (kmol) to udziały są molowe, gdy w jednostkach objętości udziały objętościowe;
Wykorzystanie przy opisie:
Spalin mieszaniny produktow spalania CO2, CO, SO2
Powietrza- mieszanina N2, O2 (Ar, He, ...) śladowe ilości
Powietrza wilgotnego (T, kg) + ( D, kg)
PRACA (1 Zas. Termod.)
L=F*s; dL= f*ds.; F=p*A;
DL=p*A*ds; dL=p*dV/ :m
DL= p*dv <- definicja pracy.
Rodzaje pracy:
-praca bezwzględna
dl= p*dv
-praca techniczna
dlt= -v*dp - związana jest z pracą wynikającą ze zmiany ciśnienia w stałej objętości ( turbiny, wentylatory)
-praca indykowana- wynikająca z działania rzeczywistych wartości ciśnienia na powierzchni (tłoka, łopatek wirnika) jest funkcją ciśnienia indykowanego
Li=f(pi) i-indykowana
-praca efektywna (użyteczna)- to praca nierówna na wale silnika, jest funkcją umownej wartości ciśnienia efektywnego.
Le=f(pe)
1 Zasada Termodynamiki: w formie bilansowej wyraża związki między pracą, ciepła zmianą energii lub entalpii, w postaci różniczkowej zapisujemy:
dq=dv+dl= cw*dT+pdv
Ciepło doprowadzone do czujnika termodynamicznego ilości może zwiększyć jego energię I wykonać pracę:
Wnioski:
-praca może być wykonana tylko kosztem doprowadzonego ciepła lub spadkiem energii wewnętrzne.
-nie można zbudować silnika, który w sposób ciągły może pracować bez dopływu ciepła zewnętrznego.
entalpia h=v+pv
dh=dv+pdv+vdp
dv=dh-pdv-vdp
dq=dh-pdv-vdp+pdv
(2.)
1 ZASADA TERMODYNAMIKI którą można wyrazić poprzez równanie różniczkowe dq=dv+dl nie określa warunków zmiany ciepła w prace, każdą prace można w całości zamienić w ciepło np. poprzez tarcie, ale uzyskanego w ten sposób ciepła, nie można spowrotem zamienić ( w calości) w prace.
Dq=dl gdzie du=0
Powyzsza sprzeczność rozwiązuje 2 ZASADA TERMODYNAMIKI:
-wg. Schmidta- tarcie jest przemianą nieodwrcalną. Pracę można tarciem zamienic w ciepło lecz z tego ciepła nie można uzyskać całej pracy.
-wg. Chausisa- ciepło nie może przejść samorzutnie od ciała o temperaturze nizszej do ciała o temperaturze wyższej. Możliwe to jest tylko po doprowadzeniu pracy z zewnątrz.
Z 2 ZASADY TERMODYNAMIKI: wynika następujący wniosek dla silników cieplnych: ciepła pobranego ze źródła górnego nie można zamienić w pracę bez odprowadzenia ciepła do źródła dolnego.
PODSTAWOWE PRZEMIANY GAZÓW DOSKONAŁYCH
-przemiana izobaryczna p=const
-przemiana izohoryczna v=const
-przemiana izotermiczna
t=const
-adiabatyczna (bez wymiany ciepła
-politropowa
Przemiana adiabatyczna odwracalna (bez żadnych strat) nazywana jest przemianą izentropową.
OBIEGI PRAWO I LEWO BIERZNE Silniki, chłodziarki, pompy ciepła każde z nich pracuje przy przepływie ciepła między dwoma źródłami; górnym i dolnym z jednoczesnym odprowadzeniem (silnik) lub doprowadzeniem (chłodziarka, pompa ciepła) pracy.
TG- temp. Żródła ciepła górnego
TD- ----||----- dolnego
To- temp.otoczenia
Qd- ciepl. Dopr
Qz- ciepl. Odpro.
Lob praca wlasciwa doprowadzona.
Sprawność
a.)w silniku kosztem ciepła spalania, odprowadzając część ciepła do źródła dolnego otrzymujemy pracę lob.
(qd)->(qz)->(lob)
b.)w chlodziarce
kosztem doprowadzonej lob pobieramy ilość źródła ciepła dolnego o temp. Niższej od temperatury otoczenia odprowadzając ciepło qz do źródła górnegoo temp. Tq>To
(lob)->(qd) (qz=qd+lob) TG>To
TD<To
c.)w pompie cieplnej kosztem doprowadzonej pracy lob ciepło pobierane z otoczenia w jakieś ilości qd odprowadzane jest do źródła górnego w ilości qz równe (qz=qd+lob).
Obieg silnikowy CARTONA
Jak każdy obieg
silnikowy , jest obiegiem prawobierznym, jest to obieg odwracalny, najbardziej ekonomiczny ze wszsytkich obiegów, składa się z dwóch przemian izentropowa oraz izotermicznego doprowadzenia i odprowadzenia ciepła.
Sprawność obiegu CARTONA i innych też zależy od temp. Źródła ciepła. Podwyższenie temperatury źródła gór. Tg powoduje wzrost sprawności w silnikach rzeczywistych poprawa na tej drodze sprawności ograniczone jest min. Właściwościami materiałów wykorzystywane do budowy silników.
Oieg OTTO:
Teoretyczny obieg
porównawczy w silniku zapłonu iskrowego składa się z 2 przemian adiabatycznych sprężania 1-2, i rozprężania 3-4
oraz izochorycznego doprowadzenia przemiana 2-3 i odprowadzenia przemiana 4-1 ciepła.
L. Oktanowa
To procentowa obj. Zawartośc izooktanu C8H18 przyjmowanego jako wzór paliwa całkowicie odpornego na spaliny detonacyjne w mieszaninie z heptanem C7H16 całkowicie nieodporne na spal. Detonacyjne- odpowiadająca odporności na spalanie detonacyjne danego paliwa.
Paliwo LO=95 paliwo o właściwoaściach przeciwstykowych-95% izooktan (C8H14)
-5% heptan (C7H16)
zakres zmieności paliw oktanowych:
0<(LO)<100
OBIEG PROSTY CZUŁA JOUL'A
Jest to teoretycznie obieg porównawczy turbin gazowych. Z zamkniętym obiegiem gazu
1Moc doprowadzona z paliwem (Qb) jest ona proporcjonalna za strumieniem pal.
2Moc obiegu porównawczego- teoretyczna silnika (Nt)
3Moc indykowana- sprawność indykowana z def. Spraw. Indykowanej będącej funkcją rzeczywistych zmian parametrów gazu w cylindrach silnika
Moc indykowana jako f. Śred. Ciśnienia indukowanego przy badaniu
Cisnienie efektywne
Moc efektywna moc użyteczna- sprawność mechaniczna
STANY PALIWA
Stałym- cehcuja się najbardziej złożonym precesem spalania z fazami suszenia, odgzowania i dopalania powstających gazów.
Ciekłe- przez spalaniem wymagają odparpowania, a spaleniu ulegają pary tych związków.
Gazowe-prosty przebieg procesu spalani, wyłącznie faza gazowa.
Para wodna- to gaz rzeczywisty otrzymany w wyniku przemiany wody z fazy ciekłej w fazę gazową.
Procesy parowania- powierzchniowy istotny dla suszenia
Para nasycona- to para w równowadze z cieczą z którą powstała.
Para nasyconamokra- to mieszanina pary nasyconej suchej z czasteczkami cieczy w stanie wrzenia.
Para nasycona sucha- to para o temp. Dużej bez fazy ciekłej.
Stopień suchości- Para
*
Entalpia wody
Entalpia wody wrzącej
Ciepło parowania(entalpia parowania) to ilość ciepła potzrebna do zamiany p=const kg wody wrzącej
WYMIANA CIEPŁA
Straty cieplne obiektu, konwekcyjne wymiany ciepła (przenikania).
-ustalona t=(x,y,z)gdy termostat utrzymuje temperature na stałym poziomie.
-nieustalona t=(x,y,z,r-tał)
Formy fizyczne przekazywania ciepła:
Przewodzenie
Konwekcji
Promieniowania
Przenikanie ciepła
To przepływ ciepła przez przegrody, w którym uwzględniamy konwekcyjne wnikanie ciepła oraz przewodzenie.
*Gęstość strumienia ciepła:
Przewodznie FOURIERA
*( dla jedno kierunkowego przepływu ciepła t=t(x)
Przewodzenie ciepł przewodami cylindrycznymi- rurociągi cechuje zmiana powierzchni na drodze wymiany ciepła
Prawo NEWTONA
Strumień ciepła wymieniamy między płynem a powierzchnią, jest proporcjonalny różny temp. I powierzchni oraz współczynnika wnikania ciepła.
Ciepło spalania
*
Definicja powietrza wilgotnego- mieszanina pory wodnej D,kg i gazu suchego G;kg.
Wymiennik współrzędowy
Spalanie zupełne- składniki utleniają się do postaci zawiązków końcowych.
Spalanie całkowite- gdy cała masa spalanej substancji ulegnie spaleniu.
Wymienić przemiany pary wodnej
-izobaryczne-
ogrzewanie oziębianie
-adiabatyczne-
rozpręża
-izentalpowe-
dławienie pary
N=m*c*(T1-T2)-Q1-2
dq=dh+dlt=cp*dT-vdp