Ad1. Podaj definicje pary nasyconej mokrej,suchej i przegrzanej

Para nasycona mokra- to mieszanina cieczy wrzącej o stopniu suchości x=0 i masie własnej Gc i pary nasyconej suchej o stopniu suchosci x=1 i masie wlasnej G=Gp

Para nasycona sucha- para, w której masa cieczy Gc=0 a stopień suchości x=1 (brak czasteczek cieczy)

Para przegrzana- to para sucha mająca temperaturę wyższą niż temperatura wrzenia cieczy przy danym cisnieniu. Róznia pomiedzy temperatura pary przegrzanej a temperartura wrzenia ( nasycenia) nosi nazwe stopnia przegrzania.

Ad.2 Definicja parowania i skraplania

Parowanie- proces zmiany stanu skupienia, przechodzenia z fazy ciekłej danej substancji w faze gazową ( parę) zachodzacy z reguły na całej powierzchni cieczy

Skraplanie- proces zmiany stanu skupienia, przechodzenia z fazy gazowej danej substancji w faze ciekłą (ciecz).

Ad.3Definicja stopnia suchosci pary

Stopień suchości pary (x)- parametr określający zawartośc pary nasyconej w parze mokrej (mieszaninie cieczy nasyconej i pary nasyconej suchej) x=Mp/Mp+Mc gdzie Mp- masa pary nasyconej suchej, Mc- masa cieczy nasyconej w parze mokrej.

Ad.4 Definicja gazu wilgotnego

Gaz wilgotny- to mieszanina gazów, z których jeden może podlegac procesom zmiany stanu skupienia w danym przedziale zmian temperatury i ciśnienia. Najczęściej spotykany gaz wilgotny to powietrze atmosferyczne nawilzone para wodna, w zakresie parametrow otoczenia.

Ad.5 Definicja wilgotnosci wzglednej i bezwzglednej

Wilgotnosc wzgledna- stosunek cisnienia czastkowego pary wodnej, zawartej w powietrzu do cisnienia nasycenia, okreslajacego maksymalne cisnienie czastkowe pary wodenj w danej temperaturze. Zawiera się w przedziale od 0 do 1, i wyrazana jest w procentach %. Wilgotność względna równa 0 oznacza powietrze suche, zaś równa 1 oznacza powietrze całkowicie nasycone parą wodną. Przy wilgotności względnej równej 1 oziębienie powietrza daje początek skraplaniu pary wodnej.

Wilgotność bezwzgledna- zawartosc pary wodnej w powietrzu, w jednostce objętości równej 1m³, wyrażona w gramach [g/m³]. Wilgotność bezwzględna pary wodnej nazywana jest także gestoscia bezwzgledna pary wodnej.

Stopień zwilżenia-

Ad.6 Definicja przewodzenia ciepla

Przewodzenie ciepła- proces wymiany ciepła między ciałami o różnej temperaturze pozostającymi ze sobą w bezpośrednim kontakcie. Polega on na przekazywaniu energii kinetycznej bezładnego ruchu cząsteczek w wyniku ich zderzeń. Proces prowadzi do wyrównania temperatury między ciałami.

Cieplo plynie tylko wtedy gdy wystepuje roznica temperatur w kierunku od temperatury wyższej do temperatury niższej. Z dobrym przybliżeniem dla większości substancji ilość energii przekazanej przez jednostkę powierzchni w jednostce czasu jest proporcjonalna do różnicy temperatur, co opisuje równanie Fouriera.

Wzór ten dla jednorodnego przewodzenia ciepła przez cienką ściankę prostopadle do jej powierzchni w kierunku x przyjmuje postać:

Q- natezenie przeplywu ciepla

λ - wspolczynnik przewodzenia ciepla

A- powierzchnia wymiany ciepla

T- temperatura

Dla ustalonego przepływu ciepła przez ścianę płaską, po scałkowaniu, równanie Fouriera przyjmuje postać:

∆T - róznica temperatur po obu stronach przewodnika ciepła

d- grubosc ścianki przewodnika ciepla

Dla ustalonego przepływu ciepła przez ściankę cylindryczną rury, przyjmuje postać:

d2,d1- srednica po stronie choldniejszej, cieplejszej

L- dlugosc rury

Ad.7 Konwekcja wymuszona i swobodna

Konwekcja- proces przenoszenia ciepła wynikajacy z makroskopowego ruchu materii w gazie badz cieczy np. powietrzu, wodzie. Czasami przez konwekcje rozumie się również sam ruch materii zwiazany z roznicami temperatur.

*Konwekcja swobodna- ruch cieczy lub gazu, wywolany roznicami gestosci substancji znajdujacej się w polu grawitacyjnym

*Konwekcja wymuszona- ruch cieczy lub gazu wywoływany jest działaniem urzadzen wentylacyjnych, pomp itp.

Ad.8 Promieniowanie

Promieniowanie cieplne(termiczne)- to promieniowanie, które emituje ciało mające temperature większą od zera bezwzględnego. Promieniowanie to jest fala elektro magnetyczną o określonym widmie częstotliwości. Ciała wysyłające promieniowanie cieplne posiadają 3 zasadnicze cechy:

A- zdolnosc pochłaniania (absorpcji)

R- zdolnosc odbijania (refleksyjnosc)

P- zdolnosc przepuszczania (przepuszczalnosc)

R=1 ciało doskonale białe( odbijajace wszystko)

A=1 ciało doskonale czarne (pochlaniajace wszystko)

Q= Qr+Qp+Qa gdzie:

Q- strumien energii promieniowania

Qp- strumien energi przepuszczonej

Qr- strumien energii odbitej

Qa- strumien energii pochlonietej

Ad.9 Zaleznosc wspolczynnika przewodzenia i wnikania ciepla

Wspóczynnik przewodzenia ciepła zalezy od:

• substancji

• jest proporcjonalny do przekroju ciała

• różnicy temperatur

• czasu przepływu ciepła

Współczynnik wnikania ciepła zalezy od:

• natezenia przeplywu

• powierzchni scianki( rozpatrywanego ciala)

• temperatur: scianki i plynu

Ad.10 Prawo Daltona

Prawo Daltona- wspólne określenie na dwa różne prawa, zaproponowane przez Johna Daltona, które są wzajemnie komplementarne:

-prawo cisnien czastkowych

-prawo objetosci czastkowych

Prawo cisnien czastkowych:

"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,

• pi - ciśnienie cząstkowe składnika "i" w tej samej objętości i temperaturze.

Prawo objetosci czastkowych:

"Objętość zajmowana przez mieszaninę gazów jest równa sumie objętości, które byłyby zajmowane przez składniki mieszaniny, gdyby każdy z nich był umieszczony osobno w tych samych warunkach ciśnienia i temperatury, czyli jest równa sumie objętości cząstkowych."

gdzie:

* V - objętość mieszaniny k-składnikowej przy ciśnieniu p i temperaturze T,

• Vi - objętość cząstkowa składnika "i" w tej samej temperaturze i ciśnieniu.

Ad.11 Definicja punktu rosy, temperatury mokrego i suchego termometru

*Temperatura punktu rosy lub Punkt rosy - jest to temperatura, w której przy danym składzie gazu lub mieszaniny gazów i ustalonym ciśnieniu może rozpocząć się proces skraplania gazu lub wybranego składnika mieszaniny gazu.

*Temperatura mokrego termometru- nazywana również graniczną temperaturą chłodzenia wody, jest temperaturą wskazywaną przez zwilżony wodą termometr, znajdujący się w strumieniu powietrza wilgotnego. Temperatura termometru mokrego dla danego powietrza wilgotnego znajduje się na przecięciu jego izentaply h = idem z krzywą nasycenia φ = 100%
*Temperatura suchego termometru- temperatura mieszaniny parowo-gazowej wyznaczana przez zanurzenie w niej termometru ktorego czujnik nie jest zwilzony

Ad.12 Rownanie Beronoulliego i jego elemnty

Założenia:

* ciecz jest nieściśliwa

* ciecz nie jest lepka

• przepływ jest stacjonarny i bezwirowy

Przy powyższych założeniach równanie przyjmuje postać:

gdzie:

Em- energia jednostki masy płynu

ro- gestosc płynu

v- predkosc płynu w rozpatrywanym miejscu

g- przyspieszenie grawitacyjne

h- wysokosc w ukladzie odniesienia w ktorym liczona jest energia potencjalna

p- cisnienie płynu w rozpatrywanym miejscu

Ad.13 Rodzaje przeplywow i ich cechy

*Przeplyw laminarny (warstwiony)- wykres w przekroju rurki w ksztalcie paraboli, sila lepkosci/sila bezwladnosci>1 liczba Reynoldsa Re<2100

*Przeplyw burzliwy(turbulentny)- wykres w ksztalcie scietej paraboli,

sila lepkosci/sila bezwladnosci<1 liczba Reynoldsa Re>3100

*Przeplyw przejsciowy- liczba Reynoldsa zawiera się między 2100<Re<3100

Ad.13 Zasada działa termopary

Termopara (termoogniwo, termoelement, ogniwo termoelektryczne) -to czujnik temperatury wykorzystujący zjawisko Seebecka, będący połączeniem dwóch różnych metali.

Składa się z pary (dwóch) różnych metali zwykle w postaci przewodów, spojonych na dwóch końcach. Jedno złącze umieszczane jest w miejscu pomiaru, podczas gdy drugie utrzymywane jest w stałej temperaturze odniesienia. Pod wpływem różnicy temperatury między miejscami złączy (pomiarowego i "odniesienia") powstaje różnica potencjałów (siła elektromotoryczna), zwana w tym przypadku siłą termoelektryczną, proporcjonalna do różnicy tych temperatur. Spoina pomiarowa może znajdować się w obudowie o dużym przewodnictwie cieplnym. Instaluje się ją w miejscu pomiaru temperatury. Złącze odniesienia może umieszczane w ściśle określonej temperaturze odniesienia, np. topniejącym lodzie. Złącze to może nie być złączem bezpośrednim a zamkniecie obwodu odbywa się poprzez zaciski miernika.

Ad.14 Przyrzady do pomiaru wilgotnosci wzglednej z krotkim opisem

Higrometr włosowy- W XVIII wieku De Sassure wykorzystał pomysł użycia do pomiaru włosa ludzkiego lub zwierzęcego (np. koński), który zmienia swoją długość w zależności do pochłoniętej wilgoci - im bardziej mokre, tym dłuższe.

Higrometr kondensacyjny- Inna grupa higrometrów opiera się na zjawisku kondensacji pary wodnej na szklanych lub z polerowanego metalu powierzchniach ochładzanych od wnętrza.

Psychometr- Zastosowanie dwóch termometrów w higrometrze kondensacyjnym pozwoliło na opracowanie psychrometru, składającego się z dwóch termometrów: suchego i wilgotnego. Wykorzystując zjawisko hamowania parowania przez powietrze wilgotne i przyspieszania go przez powietrze suche. Przyrząd składa się z dwóch identycznych termometrów, z czego pojemniczek z rtęcią jednego z nich owija się kawałkiem nasiąkliwego batystu, którego jeden koniec zanurzony jest w wodzie - dzięki temu batyst okalający zbiorniczek jest ciągle wilgotny. Termometr wilgotny zawsze wskazuje temperaturę niższą niż suchy. Ta różnica pozwala w dość precyzyjny sposób obliczyć wilgotność względną powietrza odczytując ją ze specjalnych tablic psychrometrycznych.

Ad.15 Przyrzady do pomiaru cisnienia z krotkim opisem.

Manometr - przyrząd do pomiaru ciśnienia. Ze względu na wskazywane ciśnienie dzieli się je na:

* względne - wskazujące różnicę ciśnień,

• bezwzględne - wskazujące ciśnienie w odniesieniu do próżni.

Wakuometr- przyrząd do pomiaru ciśnienia niższego od cisnienia atmosferycznego

Barometr- przyrząd do pomiaru ciśnienia atmosferycznego. W zależności od zasady działania, barometry dzielą się na cieczowe i sprężynowe.

Para nasycona to gaz (np.para wodna) w równowadze z cieczą, z której powstała.

Para ta ma największe możliwe dla danej temperatury ciśnienie i gęstość. Ciśnienie pary nasyconej jest niezależne od objętości. Zmniejszanie objętości w stałej temperaturze powoduje skraplanie pary, a stan równowagi w dalszym ciągu istnieje. Zwiększanie objętości powoduje wyparowanie cieczy bez obniżenia ciśnienia pary nasyconej. Potwierdza to doświadczenie z próżnią E.Torricellego.

Para sucha to para nie zawierająca cząsteczek cieczy,

Para przegrzana (para nienasycona) to para sucha mająca temperaturę wyższą niż temperatura wrzenia cieczy przy danym ciśnieniu. Otrzymywana przez przegrzanie pary nasyconej w przegrzewaczu. Zastąpienie pary mokrej parą przegrzaną podniosło sprawność maszyn parowych i turbin.

Temperatura mokrego termometru nazywana graniczną temperaturą chłodzenia wody, jest temperaturą wskazywaną przez zwilżony wodą termometr, znajdujący się w strumieniu powietrza wilgotnego.

Temperatura punktu rosy jest temperaturą powietrza wilgotnego, do której można je schłodzić bez wydzielania się z niego wilgoci, czyli do uzyskania przez to powietrze stanu nasycenia.

Parowanie (ewaporacja) - proces zmiany stanu skupienia, przechodzenia z fazy ciekłej danej substancji w fazę gazową (parę) zachodzący z reguły na powierzchni cieczy. Może odbywać się w całym zakresie ciśnień i temperatur, w których mogą współistnieć z sobą obie fazy. Szybkość procesu parowania zależy od temperatury oraz ciśnienia parcjalnego pary nad cieczą. Gdy ciśnienie pary jest równe ciśnieniu pary nasyconej w danej temperaturze, to parowanie nie zachodzi. Stan też określa się jako równowagę między parowaniem a skraplaniem. Obniżenie ciśnienia oraz napływ gazu o mniejszym stężeniu pary, zwiększa szybkość parowania. Gdy ciśnienie pary nasyconej zrówna się z ciśnieniem otoczenia, wówczas proces parowania - zwany wówczas wrzeniem - zaczyna zachodzić również w całej objętości cieczy. Parowanie zachodzi wtedy, gdy cząsteczka ma dostatecznie wysoką energię kinetyczną, by wykonać pracę przeciwko siłom przyciągania między cząsteczkami cieczy.

Skraplanie lub kondensacja - zjawisko zmiany stanu skupienia, przejścia substancji z fazy gazowej w fazę ciekłą. Skraplanie może zachodzić przy odpowiednim ciśnieniu i w temperaturze niższej od temperatury krytycznej. Zestaw parametrów; ciśnienie i temperatura, dla których rozpoczyna się proces skraplania nazywany jest punktem rosy. Kondensacja wiąże się ze zmniejszeniem odległości między cząsteczkami substancji. Spadek temperatury powoduje, że cząsteczki poruszają się wolniej. Siły oddziaływania między nimi wzrastają, aż do momentu uzyskania nowego stanu równowagi. Przy tym zachodzi wydzielanie energii w postaci ciepła. Cząsteczki tworzą zwartą masę, jednak nie powstają między nimi trwałe wiązania charakterystyczne dla ciał stałych.

Powietrze wilgotne stanowi jednorodną mieszaninę powietrza suchego z wodą (wilgocią), która może występować w różnych stanach skupienia.

Wilgotność względna - stosunek ciśnienia cząstkowego pary wodnej zawartej w powietrzu do ciśnienia nasycenia, określającego maksymalne ciśnienie cząstkowe pary wodnej w danej temperaturze. Ciśnienie cząstkowe jest (zgodnie z prawem Daltona) ciśnieniem, jakie miałby gaz, gdyby zajmował całą dostępną objętość. Wilgotność względna jest niemianowana i zawiera się w przedziale od 0 do 1, często wyrażana w procentach (100%=1). Wilgotność względna równa 0 oznacza powietrze suche, zaś równa 1 oznacza powietrze całkowicie nasycone parą wodną. Przy wilgotności względnej równej 1 oziębienie powietrza daje początek skraplaniu pary wodnej.

Wilgotność bezwzględna - zawartość pary wodnej w powietrzu, w jednostce objętości równej 1m³, wyrażona w gramach [g/m³]. Wilgotność bezwzględna pary wodnej nazywana jest także gęstością bezwzględną pary wodnej.

Lepkość (tarcie wewnętrzne) - właściwość płynów i plastycznych ciał stałych charakteryzująca ich opór wewnętrzny przeciw płynięciu. Lepkością nie jest opór przeciw płynięciu powstający na granicy płynu i ścianek naczynia. Lepkość jest jedną z najważniejszych cech płynów (cieczy i gazów).

Lepkość dynamiczna

Lepkość dynamiczna wyraża stosunek naprężeń ścinających do szybkości ścinania:

Jednostką lepkości dynamicznej w układzie SI jest paskal·sekunda o wymiarze kilogram·metr^-1·sekunda^-1

Lepkość kinematyczna

Lepkość kinematyczna, nazywana też kinetyczną, jest stosunkiem lepkości dynamicznej do gęstości płynu:

Jednostką lepkości kinematycznej w układzie SI jest: metr²·sekunda^-1

Wymiana cieplna (ciepła) - jeden ze sposobów (drugim jest praca) wymiany energii zachodzącej w procesach termodynamicznych pomiędzy układami termodynamicznymi.

Efektem wymiany cieplnej jest zwykle (choć nie zawsze) zmiana temperatury ciał - ciało o temperaturze wyższej oddaje energię ciału o temperaturze niższej, co prowadzi do osiągnięcia równowagi gdy ciała osiągną jednakowe temperatury.

Jednostką ciepła w układzie SI jest dżul (dawniej kaloria).

Wymiana ciepła zachodzi na jeden z trzech sposobów:

• 
  przewodzenie ciepła polega na przekazywaniu energii przez bezładny ruch cząsteczek i ich zderzenia,

• konwekcja (unoszenie ciepła) ma miejsce gdy przenoszenie ciepła następuje w wyniku poruszania się ciała lub jego fragmentów.

• naturalna

• wymuszona

• promieniowanie cieplne polega na przenoszeniu energii przez promieniowanie elektromagnetyczne emitowane w wyniku cieplnego ruchu cząsteczek. Wymiana ciepła przez promieniowanie nie wymaga obecności ośrodka pomiędzy ciałami między, którymi ciepło jest wymieniane, czyli może zachodzić przez próżnię.

Sposoby te mogą występować jednocześnie, co określa się między innymi jako :

• przejmowanie ciepła (wnikanie ciepła) jest połączeniem przewodzenia i konwekcji (unoszenia) ciepła. Jest to model przyjmowany przy badaniu zjawisk o niewysokiej temperaturze, w których promieniowanie nie ma znaczenia. Przejmowanie ciepła występuje na granicy ciała stałego i płynu.

• przenikanie ciepła jest modelem podobnym do przejmowania ciepła, różniącym się tym że przy przenikaniu płyn znajduje się z dwóch stron ciała stałego.

• przejmowanie ciepła i promieniowanie

Para wodna

Para wodna jako czynnik termodynamiczny.

Woda przekształca się w parę wodną podczas:

• Zjawiska parowania powierzchniowego,

• Wrzenia, czyli parowania całą objętością (masą).

Izobaryczny proces parowania.

1 punkt pęcherzyków, punkt cieczy nasyconej

1-2 para nasycona (mokra), para mokra

2 punkt rosy, para sucha
Stopień suchości.

X=m_ps/m_pm

Związek między X (stopniem suchości), a objętością właściwą v jest zamieszczony w tablicach. Wartości te są funkcją temperatury wrzenia.

Ciepło płynności.

Doprowadzenie wody do stanu wrzenia wymaga dostarczenia ciepła płynności.

q=c_w(T_s-T_o)

c_w- średnie ciepło właściwe wody

T_s- temperatura wrzenia

T_o- temperatura początkowa

Ciepło parowania-wyraża ilość ciepła, jaką trzeba doprowadzić do 1kg wrzącej cieczy, aby otrzymać z niej przy stałym ciśnieniu i temperaturze 1kg pary nasyconej suchej.

r=i''-i' [J/kg]

i'- entalpia właściwa wrzącej wody [j/kg]

i''- entalpia właściwa pary nasyconej suchej [J/kg]

Całkowite ciepło parowania.

r_c=r_z-r_w

r_z- ciepło parowania zewnętrzne

r_w- ciepło parowania wewnętrzne

r_w=u''-u' [J/kg]

r_z=p(v''-v') [J/kg]

Przemiany charakterystyczne pary mokrej.

Stopień suchości punktu nr 2.

X₂=X₁[(v₁''-v₁')/(v₂''-v₂')]

Praca zewnętrzna przemiany izochorycznej równa jest zero.

Ciepło przemiany.

Q_1-2=i₂-i₁- v(p₂-p₁)

i=(1-x)i' + xi''

s=(1-x)s' + xs'

'u=(1-x)u' + xu''

Przemiana izobaryczna (izotermiczna) pary nasyconej mokrej.

Praca zewnętrzna.

L_1-2=p(x₂-x₁)(v''-v')

Ciepło dostarczane podczas przemiany obliczamy.

Q_1-2=T(s₂-s₁)

s₂-s₁=[(x₂-x₁)r]T

Mechanizmy przepływu ciepła.

Przewodzenie-zjawisko polegające na przekazywaniu energii cieplnej wewnątrz jednego ciała lub z jednego do drugiego poprzez stykające się ze sobą drobiny lub cząstki, które nie wykazują większych zmian położenia (ciała stałe).

Konwekcja-zjawisko przekazywania energii występujące głównie w płynach (ciecze i gazy) podczas ruchu uporządkowanego nawet, jeżeli ruch wywołuje różnica temperatur (konwekcja swobodna).

Promieniowanie-wymiana energii odbywa się za pomocą fal elektromagnetycznych (brak bezpośredniego kontaktu ciał).

Gradient funkcji skalarnej pokazuje nam kierunek najszybszego wzrostu tej funkcji skalarnej. Jeżeli w przestrzeni jakieś powierzchnie mają stałe temperatury i uda się znaleźć ta funkcję to gradient będzie prostopadły do tej powierzchni.

Gradient temperatury-temperatura ciała zmienia się jedynie w kierunkach przecinających powierzchnie izotermiczne. Największa zmiana występuje wzdłuż normalnych do powierzchni izotermicznych. Jej wzrost i kierunek określa gradient temperatury (wykorzystujemy go do opisu ciepła, gdy występuje przewodzenie).

Prawo Fouriera-jest to równanie opisujące przepływ ciepła mechanizmem przewodzenia, i mówi ono, ze strumień ciepła jest wprost proporcjonalny do gradientu temperatury i pola powierzchni prostopadłej do kierunku rozchodzenia się ciepła.

Współczynnik lambda () wyraża sobą ilość energii, jaka przepływa w jednostce czasu, przez ścianę o powierzchni 1m² i grubości 1m, gdy różnica temperatur obu powierzchni wynosi 1K.

Przejmowanie ciepła-wymiana ciepła między płynem, a powierzchnią stykającego się z nim ciała stałego. Jest to przykład jednoczesnego występowania przewodzenia i konwekcji.

Przepływ może mieć charakter:

• Laminarny (uwarstwiony)

• Burzliwy-charakteryzuje zjawisko powstawania, przemieszczania się i zanikania wirów. Z punktu widzenia przepływu występują tu mniejsze opory. W pobliżu ścianki zawsze mamy przepływ laminarny.

Współczynnik przejmowania ciepła-wyraża sobą ilość ciepła przejmowaną przez jednostkę powierzchni w jednostce czasu przy różnicy temperatur wynoszącej 1K. Odwrotność współczynnika nazywana jest oporem cieplnym.

Przenikanie ciepła-zjawisko przenoszenia ciepła z jednego ośrodka do drugiego poprzez ścianę stałą.

Wymiennik ciepła-urządzenie umożliwiające wymianę ciepła między płynami o różnych temperaturach.

Typy wymienników ciepła:

• Rekuperatory-strumienie zimny i ciepły nie mieszają się

• Regeneratory-bezprzeponowe wymienniki ciepła, w którym do ogrzania okresowego powietrza lub paliwa gazowego wykorzystuje się ciepło wychodzących spalin lub innych gazów

• Mieszalniki-mieszanie płynów o różnych temperaturach (np. wody w kranie)

---