1. I Zasada termodynamiki
W układzie odosobnionym tzn. osłoniętym osłoną
adiabatyczną, ilość energii wewnętrznej układ jest stała
Ed=F044Eu
+Ew [J] F0DE równ bilansu energetycznego można
traktować jako I zasadę termodynamiki dot. Układu
zamkniętego. Energia doprowadzona do układu
wyodrębnionego osłoną adiabatyczną pozostaje
częściowo w układzie a część jest wyprowadzona z
układu. Interpretacja graficzna – wykr. Sankeya
Jeżeli układ działa w sposób ustalony (jego energi nie
zmienia się w czasie lub zmienia się w sposób
periodyczny i po skończonej liczbie cykli wraca do
wart. Początkowych) to bilans energetyczny przyjmuje
postać ponieważ to do czynnego silnika że jest rzeczą
niemożliwą skonstruowanie perpetum mobile
pierwszego rodzaju (silnika pracującego bez zasilania
energią z zewnątrz).
2. II Zasada termodynamiki
sformułowanie
a) Plancka. Jest rzeczą niemożliwą skonstr.
takiego silnika (maszyny działającej
periodycznie), którego działanie polegało by
na podnoszeniu ciężarów i równoczesnym
ochładzaniu jednego źródła ciepła. Silnik taki
nosi nazwę perpetum mobile II rodzaju.
b) Clausjusa ciepło nie może przejść
samorzutnie od ciała o temp niższej do ciała
o temp wyższej. Aby spowodować taki
przepływ ciepła musimy zastosować lewo
bieżną maszynę cieplną i wkładać do niej
energię z zewnątrz, tzn. wywoływać zmiany
w innych ciałach.
•Samorzutne przejście – zjawisko któremu
nie towarzyszą żadne zmiany w otoczeniu
(otoczenie nie oddziałuje na układ)
c) Schmidta – nie można całkowicie odwrócić
przemiany, w której występuje tarcie. Pracę w
całości można zmienić na ciepło przez tarcie,
jednak z tego ciepła nie można w całości
odzyskać pracy.
d) Ostwalda – perpetum mobile II rodzaju jest
niemożliwe – DOWÓD
czyli cykl pracy silnika stąd F044SPM II R=0 bo entropia jest
wielkością stanu a stan w punkcie 1-2 jest sobie równy
to F044=0; F070=F044SPM II R
+SŹR=0 - ; Q – ciepło tarcia
F070 > 0 sprzeczne z prawem wzrostu entropii
e) entropia układu zamkniętego i izolowanego
nie może maleć podczas dowolnej przemiany
i wzrastać przy przemianach
nieodwracalnych.
3. Wielkości zastępcze dla roztworów gazowych
Oblicza się w ten sposób, że mnoży się wielkości
indywidualne przez udziały i sumuje się tak obliczone
iloczyny.
a) udziały gramowe – jeżeli jednostka danej
wielkości zawiera w mianowniku kg np. R
b) udziały molowe (objętościowe) jeżeli
jednostka danej wielkości zawiera w
mianowniku kmol np. M [kg/kmol]
c) objętościowe - jeżeli m3
lub mm3
Stałą gazową R obliczamy
Masę drobinową M obliczamy
między udz mol zi i gram gi składnika roztworu
zachodzi zależność
4. Entalpia – sposób obliczania
a) ciała stałe i ciecze i=u+pv, gdzie v - obj.
właść., p - bezwzględne ciśnienie statyczne, u
– właściwa energia wewnętrzna
b) gaz doskonały (funkcja tylko temp, nie zależy
od ciśnienia i objętości) i=cpT+uo, gdzie cp –
ciepło wł. przy stałym ciśnieniu, T – temp, u o
– energia otoczenia
c) gaz półdoskonały (funkcja tylko temp); gdzie
- średnie ciepło właściwe od 0 doT, T – temp
d) para nasycona mokra i=i`+x(i``-i`), gdzie i –
entalpia pary nasyc. mokrej, i` - entalpia
cieczy, i`` - ilość pary suchej nasyconej, x –
stopień wilgotności
e) para przegrzana i=i``q p, gdzie qp – ciepło
przegrzania pary
f) para mokra nasycona i=q+r+pr, gdzie r –
entalpia parowania
5. Przejmowanie
jest to wymiana ciepła pomiędzy powierzchnią ciała
stałego a otaczającym ją płynem
z prawa Newtona Q=A- F061(t f-tw)F074, gdzie t w – temp
pow ciała stałego, t f - temp opływającego płynu, F061 -
współczynnik, F074 - czas, A – powierzchnia
F061 - ozn. ilość wymienionego podczas przejmowania
przez jednostkę powierzchni w ciągu jednostki czasu
Przewodzenie – polega na przenoszeniu ciepła w
obrębie danego ciała od jednych drobin do drugich,
odbywa się tylko gdy drobiny ciała nie podlegają
przesunięciom makroskopowym. Warunek spełniony
podczas przepływu ciepła przez ciała stałe Prawo
Fouriera, gdzie F06C - wsp. przewodz. materiału, -
grzdient temp. A - pole pow
6. Sposoby przekazywania ciepła
a) przewodzenie ciepła – przenoszenie ciepła w
obrębie danego ciała od jednych drobin do
drugich lub przez dyfuzję
b) konwekcja – (unoszenie ciepła) ciepło płynie
z cząsteczkami płynu od ściany przegrody do
rdzenia strumienia lub odwrotnie
c) promieniowanie – ciepło przenosi się od
jednego ciała do drugiego w postaci energii
promienistej (za pośrednictwem fal
elektromagnet)
7 Sposoby doprowadzania energii
a) na sposób ciepła – wtedy gdy istnieje różnica
temp między ciałem a otoczeniem
b) na sposób pracy – wtedy gdy między
układem a otoczeniem jest oddziaływanie
różnego rodzaju sił
I – p1
>po – praca na rzecz otoczenia + Lw>0
II – p1<po – otoczenie na rzecz układu – Ld<0
c) ze strumieniem ciepła – wtedy gdy np.
mamy zbiornik i:
• substancję doprowadzamy Md
• substancję 004Dwyprowadzamy w
przypadki
d) za pomocą prądu elektrycznego
8. Praca bezwzględna
Jest to praca wykonana przez czynnik
termodynamiczny wtedy gdy ciśnienie otoczenia jest
równe zero. Pracę tę można obliczyć rozpatrując układ
cylinder – tłok
Przy F0A5 małym dx czynnik wykonuje pracę dl=kdx,
gdzie k – siła, dx droga. Przy pracy bez tarcia siłę k
równoważy ciśnienie działające na tłok. Stąd: k=pA,
gdzie p – ciśnienie, A- przekrój, dl=p A dx F0DE dl=p dv
p – bezwzględne ciśnienie statyczne wewn. cylindra
dv – przyrost objętości w cylindrze
Praca bezwzględna ; interpr. graficzna (założenie –
znam zależność p od v)
L1-2 – zależy od drogi przemiany a nie tylko od stanu
początkowego i końcowego
L1-2 – dotyczy przemian zachodzących bez strat na
rzecz tarcia (wtedy dl <pdv)
Zastosowanie: w układach otwartych i zamkniętych,
pseudoodwr. dl = p dv - dlt = p dv - dQf stąd dl < p dv
dl
t – praca na rzecz tarcia, dQf – ciepło na rzecz tarcia
9. Sens fizyczny pracy technicznej
Pracę fizyczną rozpatrujemy wg idealnej maszyny
przepływowej tzn.
• nie występuje tarcie poruszających się
względem siebie powierzchni
• zawory nie stawiają oporu
• w wewnętrznym zwrotnym położeniu tłok
dotyka cylindra
Praca techniczna element. dLt = -Vdp, Lt>0 gdy dp<0
Praca skończona Lt 1-2 =
dLt>0 gdy dp<0; dLt<0 gdy dp>0
10. Obieg Diesla
Jest obiegiem porównawczym, silników o zapłonie
samoczynnym i wtryskiem paliwa za pomocą
sprężonego powietrza. Jest to układ otwarty.
Sprawność techniczna
;
kompresja; st. obciążeni
Stąd sprawność maleje ze wzrostem obciążenia
11. Obieg Otto. Obieg porównawczy silnika z ZI
z
Lo=Qd-Qw; ;
; ;
12. Stopień suchości pary nasyconej mokrej
x – jest to parametr, który stanowi zawartość pary
nasyconej suchej do całkowitej ilości pary mokrej
• dla cieczy w punkcie pęcherzyków x = 0
• dla pary w punkcie rosy x = 1
13. Wymienniki ciepła
Zadaniem ich jest umożliwienie przenikania ciepła z 1
ośrodka do 2. Zależnie od kierunków przepływu obu
czynników mówi się o przepływie współprądowym,
przeciwprądowym lub poprzecznoprądowym.
współpr. – przepływ w którym kierunki przepływu obu
czynników są zgodne
przeciwpr. - ... są skierowane przeciwnie
poprzecznopr. - ...są do siebie prostopadłe
Wartość różnicy temp określana jest równaniem
Wnioski: Przy współprądzie temp końcowa płynu
ogrzewanego jest niższa od końcowej temp płynu
ogrzewającego. Przy przeciwprądzie końcowa temp
płynu ogrzewanego może być znacznie wyższa i w
pewnych przypadkach może zbliżyć się do temp
początkowej płynu ogrzewającego. Przykład: Kocioł
parowy, skraplacz, podgrzewacz,
14. Co to jest entalpia
To wielkość termodynamiczna określająca stan
termodynamiczny układu i równa jest sumie energii
wewnętrznej U układu oraz iloczynowi jego objętości
i ciśnienia. Zmiana entalpii przy stałym ciśnieniu jest
miarą ilości ciepła wymienionego przez układ z
otoczeniem. I – entalpia, U – energia wewnętrzna, p –
ciśnienie statyczne bezwzgl., V – objętość całkowita
ciała. I = U + p V. Entalpia jest funkcją tych samych
parametrów stanu co energia wewnętrzna.
15. Co to jest strumień czynnika termodynamicz.?
Obliczamy za pomocą średniej prędkości przepływu.
Jeżeli na przykład przewodem rurowym o przekroju F
[m2] płynie strumień z szybkością F077 [m/s] to wzór na
strumień objętości wygląda
Strumień substancji [kg/s] oblicza się mnożąc
objętość przez gęstość substancji gdy = idem to jest to
warunek ciągłości strugi.
16. Gaz doskonały i półdoskonały
gaz doskonały – gaz którego drobiny nie przyciągają
się wzajemnie, są nieskończenie małe i sztywne
(wewnątrz drobin nie występują drgania).Spełnia on:
- prawo Awogadra – w jednakowych objętościach
znajduje się ta sama ilość cząstek dowolnego gazu
doskonałego, jeżeli ciśnienie i temp obu gazów są
jednakowe.
- równanie stanu – f(p,V,T) =0, gdy znam 2 parametry
gazu to mogę obliczyć 3
- równanie stanu gazu doskonałego (Clapeyrona)
pV=RT
- ciepło właściwe ; cp>cv; ; cp-cv=R
- zasada ekwipartycji – energia rozkłada się
równomiernie na wszystkie możliwe ruchy cząstek
Gaz półdosk. różni się od gazu doskonałego tym że w
jego drobinach występują drgania. Atomy wchodzące
w skład gazów są powiązane ze sobą sprężyście
17. Co to jest strumień ciepła?
Stosunek elementarnej ilości ciepła dQ do czasu d F074
trwania wymiany tej ilości ciepła ,wzór osiąga postać
przy ustalonej wymianie ciepła
18. Bilans wymiennika ciepła
Wymiennik przeponowy to urządzenie jest
przekazywanie ciepła między 2 czynnikami
oddzielonymi przegrodą
a) bilans wewnątrz ścianki kanału grzejącego
b) osłona na zewnątrz wymiennika
19 Co to jest entropia
Jest to funkcja stanu termodynamicznego, której
zmiana równa się ilorazowi dostarczonego ciepłą i
temperatury ; S – entropia całkowita
; s – entropia właściwa w odniesieniu do 1kg czynnika;
dla źródła F044S = - źródło oddaje energię więc przyrost
entropii jest ujemny. Entropia mówi nam o kierunku
przemian zachodzących w przyrodzie.
20. Prawo wzrostu entropii
Jeżeli układ jest jak na rys. i założenie: do tłok +
cylinder możemy doprowadzić ciepło Q ze źródła
ciepłą, przy czym Q = idem. Do cylindra mogę
doprowadzić substancję o ilości dm i entropii
właściwej s.
Wyróżniamy dwa przypadki:
I przemiana odwracalna
a) Tcz = Tźr ; b) brak tarcia dQt = 0
przyrost entropii układu odosobnionego F044s = F070,
natomiast elementarny przyrost ozn. d F070 = ds.u+dsot
- przyrost entropii układu
- przyrost entropii otoczenia
Wniosek: W układzie odosobnionym sumą
przyrostów entropii wszystkich ciał uczestniczących w
zjawisku odwracalnym jest = 0. Warunek ten jest
spełniony nawet w najmniejszej części zjawiska.
II przemiana nieodwracalna tzn. tźrF0B9tcz
21. Co to jest spalanie niezupełne i niecałkowite
niecałkowite - to spalanie kiedy produkty spalania
zawierają stałe składniki palne. Jednym stałym
składnikiem jest C.
niezupełne – gdy w produktach spalania występują
palne gazy (CO, H2, CH4). Jeżeli do paliwa doprowadzi
się za mało powietrza bądź nie wystąpi jego dokładne
wymieszanie to spalanie nie będzie zupełne i w
spalinach pojawią się produkty niezupełnego spalania.
Najbardziej istotne znaczenie ma CO co połączone jest
ze znaczną stratą.
22. Rodzaje konwekcji
Konwekcja – przenoszenie energii przez przepływ
drobin i mieszanie się strugi o różnej temp. Występuje
tylko w cieczach i gazach.
a) konwekcja wymuszona – występuje gdy prędkość
przepływu strugi płynu może wynikać z działania sił
zewnętrznych (działanie pompy). Wymiana ciepła przy
konwekcji wymuszonej zależy od rodzaju ruchu:
• laminarny Re<Rekr =2300
• burzliwy Re >10000
• Rkr<Re<104
(ruch przejściowy, ob. inne zależ)
b) Konwekcja swobodna - występuje wtedy gdy ruch
płynu powstaje samoczynnie na skutek działania sił
wyporu. K. s. najczęściej nakłada się na konw.
wymuszoną, bo siły wyporu powstają zawsze zawsze
gdy gęstość ciężaru płynu jest inna w warstwie
przyściennej niż w rdzeniu strugi
23. Termiczne równanie czynnika
termodynamicznego
Pośród termicznych parametrów stanu czynnika tylko
dwa mogą zmieniać się niezależnie, natomiast trzeci
jest określony przez pozostałe. Zależność F(p, T, V)
nazywamy termicznym równaniem stanu które
obowiązuje zawsze w przyrodzie, podaje się je jako
wzór, zależność między parametrami lub podaje w
postaci tablic.
24. Opisać efekty energetyczne obiegu silnika
cieplnego, ziębiarki, pompy grzejnej
Silnik – 001F001Fpobiera ciepło Q d ze źródła ciepła o temp
T1
, wykonuje dodatnią pracę i oddaje ciepło Qw do
źródła o temp T2
<T1. Sprawność techniczna silnika jest
to stosunek pracy wykonanej przez silnik do ciepła
pochłoniętego przez czynnik obiegowy. Lob.=Qd-Qw
;
Pompa grzejna – pobiera ciepło Qd z otoczenia,
pobiera pracę napędową, oddaje ciepło Qw do źródła o
temp wyższej od temp otoczenia. Sprawność to
stosunek ciepła Qw oddawanego do ogrzewanej
przestrzeni do pracy napędowej. Lob.=Qw-Qd
;
Ziębiarka – pobiera ciepło Qd ze źródła o temp niższej
od temp otoczenia, pobiera pracę Lob. i oddaje ciepło
Qw do źródła o temp wyższej od temp otoczenia.
Sprawność to stosunek ciepła Qd pobranego do
pracypobranej
25,Co to jest skojarzona gospodarka cieplna.
Do ogrzewania pomieszczeń wystarczy czynnik
termodyn o temp 80 0
C , w wielu zaś procesach
przemysłowych potrzebny jest czynnik o temp
150-2000C , taki czynnik a nawet o temp znacznie
wyższej można uzyskać w kotłach parowych.
Stosowanie jednak takiego czynnika do ogrzewania
pomieszczeń powoduje znaczne dodatkowe straty
energii Unikniemy tego dzięki temu że parę o
wysokich parametrach skieruje się do turbiny
przeciwprężnej w której pary wylotowe mają
parametry dogodne do celów ogrzewczych i jest
wykorzystana do pracy. W ten sposób realizujemy tzw
skojarzoną gospodarkę cieplną. Która polega na
równoczesnym wykorzystaniu pracy (energii
elektrycznej) i ciepła grzejnego doprowadzonego do
mieszkań Zakład pracujący w tn sposób nazywa się
elektrociepłownią.
26.Jak oblicza się oszczędność energii uzyskanej w
skojarzonej gospodarce cieplnej.
Sprawność termiczna elektrowni F068t el jest to stosunek
wytworzonej mocy elektrycznej do enertgi chemicznej
spalonego paliwa F068t el=Nel/(p Wd) Max straty energi
występują w kotle parowym 50%-60% spalonego
paliwa.
27 obieg Braytona.
28. Wady i zalety siłowni turbogazowych.
ZALETY:
•możliwość dobrania najdogodniejszego
czynnika chłodzącego
•można zmniejszyć rozmiary agregatu poprzez
zastosowanie podwyższonych ciśnień
•umożliwia regulację mocy silniki przez
zmianę gęstości czynnika obiegowego
•ma górną moc graniczną agregatu > niż w
przypadku układu otwartego
•mogą pracować bez używania wody
WADY
•konieczność stosowania 2 wymienników
ciepła , zwłaszcza nagrzewnicy narażonej na
wysokie temp
konieczność stosowania sprężarek duże części energii
(aby uzyskać 10 MW musza mieć turbinę 40 Mw gdyż
30 MW na sprężarkę.
29 Zasada zachowania energii
Energia nie może zniknąć nie może powstać z niczego ,
lecz może przejść z jednej postaci w drugą i ilość jej
nie może ulec zmianie w układzie zamkniętym i
izolowanym układ jest niezmienny niezależnie od
zmian zachodzących w układzie. F053E=0
30.Co to jest energia wewnętrzna
Energia wewnętrzna U jest to całkowia energia
odniesiona do układu osi współrzędnych mających
początek w środku masy ukł i umieszczonych tak że
energia ruchu obrotowego =0. Z enrgi układu Eu
można
wyróznić energię potencjalną Ep + energię kinetyczna
Ek + energię wewnętrzną U
Eu=Ek+Ep+U
Głównymi składnikami U są:
Jest to parametr stanu gdyż zależy od stanu czynnika.
Zawiera w sobie różne rodzaje energii chem, sprężystą
itd.
Energia wewn właściwa u=U/m (intensywny parametr)
31.Przedstawić całkowite ciepło pochłonięte przez
czynnik termodynamiczny w ukł T-S
Całkowite ciepło które zostało pochłonięte przez
czynnik można obliczyć za pomocą wzoru
Qc1-2=
Jnterpretacja graficzna : ciepło pochłonięte w czasie
przemiany odpowiada pole zawarte nad linią
przemianową 1-2 i osią
32 Siłownia parowa
To przede wszystkim turbiny parowe Tłokowe silniki
W których (para jest sprężona do niskiego ciśnienia w
dyszy i uzyskuje Ek Strumień pary o dużej prędkości
skierowany do kanałów łopadkowych wirnika i
przepływa powodując obrót wirnika i wykonuje pracę)
Silnik parowy pracuje w układzie zamkniętym z
innymi urządzeniami tworząc tzw siłownie. W siłowni
nie można zrealizować obiegu Carnota.
3-4 tzw sprężenie wody z ciśnienia za skraplacza do
ciśnienia w kotle
Ciecz podgrzewana izobarycznie w kotle do temp
wrzenia powstają pęcherzyki pary i dalsze
podgrzewanie do odparowania cieczy. Proces
odparowania to proces izobaryczno izotermiczny do
stanu pary nasyconej suchej w turbinie w punkcie 1
Następnie para przepływa do turbiny i rozpręża się w
niej izentropowo do punktu 2 Następnie rozprężona
para trafia do skraplacza w którym przepływająca
woda powoduje skroplenie pary w przemianie
izobarycznej 2s-34.
Jm wyższa temp dolotu i niższa temp wylotu to
sprawność rośnie
Obieg pary przegrzanej kondensacyjnie
F068
tCR=lCR/gd
Zpary nasyconej suchej w przegrzewacza pary i
izobary temp rośnie w/g właściwości konstrukcyjnych
elementu.
F068
tCR= lepsze :- rośnie temp i ciśnienie
odtwarzanie obiegu Carnota
stopniowanie turbiny
rozsunięcie T
obniżenie ciśnienia końcowego
rozpręzania zależność od wody
chłodzącej skraplak tw1)
33. Obieg Carnota obieg o max sprawności
1-2 izotermiczna ekspansja następuje pobór ciepła
2-3 izentropowa ekspansja
3-4 kompresja izotermiczna następuje oddanie ciepła
4-1 kompresja izentropowa
34. Uogólniony obieg Carnota
Dotyczy siłowni parowych – zamiast przemian
izentropowych zastosowano dwie dowolne przemiany
Równoległe do siebie. Regeneracja ciepła polega na
przekazaniu ciepła między dwoma strumieniami ciepła
tego samego czynnika
F068
te=1-(qk/gc)
35 Co to jest bilans energetyczny
Wypływa z zasady zachowania energii Ed= F044Eu+Ew
[J] dla strumienia wszędzie jest kropka i[J/s].Energia
częściowo doprowadzona do układu Ed jest częściowo
zużyta na zmianę energii układu F044Eu oraz częściowo
jest wyprowadzona. Ew.Zas zach energii wynika z
obserwacji zjawisk zachodzących w przyrodzie i
doświadczeń
Energia nie może zniknąć nie może powstać z niczego ,
lecz może przejść z jednej postaci w drugą i ilość jej
nie może ulec zmianie w układzie zamkniętym i
izolowanym układ jest niezmienny niezależnie od
zmian zachodzących w układzie. F053E=0
36 Wyjaśnij dlaczego praca i ciepło n ie mogą być
traktowane za postaci energii
