Zbiór zadań z termodynamiki technicznej

Niniejszy zbiór zadań jest adresowany głównie do studentów Wydziału Mechanicznego Politechniki Łódzkiej. Mamy jednocześnie nadzieję, że może być także przydatny osobom studiującym na innych wydziałach. Głównym zadaniem opracowania jest pomoc w lepszym opanowaniu materiału przedmiotu Termodynamika, dla którego wiodącym podręcznikiem jest „Termodynamika Techniczna" Stefana Wiśniewskiego. Z tego też względu większość używanych w tych opracowaniach oznaczeń pokrywa się ze sobą. W przedstawionych zadaniach, oprócz obowiązujących jednostek z układu SI, są stosowane także jednostki spoza niego. Spowodowane jest to faktem, że ciągle w obiegu jest aparatura je wykorzystująca.

Poszczególne rozdziały pracy dotyczą: parametrów czynnika termodynamicznego i ich jednostek, wyznaczania parametrów gazów, pierwszej i drugiej zasady termodynamiki, układów wieloskładnikowych bez reakcji chemicznych, przemian gazów doskonałych, rzeczywistych oraz ich roztworów, podstawowych przemian pary wodnej, obiegów termodynamicznych, spalania paliw, a także podstawowych zagadnień wymiany ciepła.

Każdy rozdział zaczyna się od krótkiego wprowadzenia teoretycznego, w którym wyszczególnione są zależności potrzebne do późniejszego rozwiązania zadań liczbowych. Następnie przedstawione są zadania wraz z ich rozwiązaniem. Aby umożliwić Czytelnikowi sprawdzenie stopnia opanowania danego materiału, na końcu każdego rozdziału znajdują się zadania do samodzielnego rozwiązania.

SPIS TREŚCI:

PRZEDMOWA 5

OZNACZENIA 7

1. PARAMETRY CZYNNIKA TERMODYNAMICZNEGO I ICH JEDNOSTKI 9

• 1.1. Ilość substancji, strumienie substancji, objętość właściwa, gęstość 9
• 1.2. Temperatura, ciśnienie 10

2. WYZNACZANIE PARAMETRÓW GAZÓW# PRAWA GAZOWE 16

• 2.1. Empiryczne prawa gazowe. Termiczne równanie stanu gazu doskonałego 16
• 2.2. Gaz rzeczywisty. Równania stanu gazu rzeczywistego 18

3. PIERWSZA ZASADA TERMODYNAMIKI (I ZT) 29

4. DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI (II ZT) 59

5. UKŁADY WIELOSKŁADNIKOWE BEZ REAKCJI CHEMICZNYCH 80

• 5.1. Roztwory gazów doskonałych 80
• 5.2. Powietrze wilgotne 98

6. PRZEMIANY CHARAKTERYSTYCZNE GAZÓW DOSKONAŁYCH I RZECZYWISTYCH ORAZ ICH ROZTWORÓW 114

• 6.1. Przemiany izotermiczne 114
• 6.2. Przemiany izochoryczne 115
• 6.3. Przemiany izobaryczne 116
• 6.4. Przemiany izentropowe 117
• 6.5. Przemiany politropowe 119

7. PODSTAWOWE PRZEMIANY PARY WODNEJ 137

• 7.1. Podstawy teoretyczne 137
• 7.1.1. Wiadomości ogólne 137
• 7.1.2. Określenie parametrów pary 138
• 7.2. Charakterystyczne przemiany pary nasyconej i przegrzanej 139
• 7.2.1. Przemiana izochoryczna 139
• 7.2.2. Przemiana izobaryczna 140
• 7.2.3. Przemiana izotermiczna 141
• 7.2.4. Przemiana adiabatyczna (izentropowa) 142
• 7.2.5. Przemiana izentalpowego dławienia 142

8. OBIEGI TERMODYNAMICZNE 157

• 8.1. Teoretyczne obiegi silników gazowych 157
• 8.2. Obieg porównawczy siłowni parowych 181
• 8.2.1. Obieg Clausiusa-Rankine’a jako porównawczy obieg siłowni parowych 181
• 8.2.2. Obieg siłowni parowej z przegrzewem międzystopniowym 183
• 8.3. Obiegi chłodnicze i pomp ciepła 187
• 8.4. Sprężarki tłokowe 197

9. SPALANIE PALIW 203

• 9.1. Bilansowanie ilości substancji i równania stechiometryczne 203
• 9.2. Zapotrzebowanie powietrza do spalania 204
• 9.3. Ilość i skład spalin 206
• 9.4. Bilans energii przy spalaniu 206

10. ZAGADNIENIA WYMIANY CIEPŁA 240

• 10.1. Podstawowe sposoby wymiany ciepła 240
• 10.2. Wymienniki ciepła 265
• 10.2.1. Wprowadzenie 265
• 10.2.2. Obliczenia wymiany ciepła 267
• 10.2.2.1. Ogólny współczynnik przenikania ciepła 267
• 10.2.2.2. Współczynniki korygujące dla wymienników ciepła o złożonej konstrukcji 270
• 10.2.3. Efektywność wymiennika ciepła (metoda NTU) 270
• 10.2.4. Metoda Wilsona 273

LITERATURA 296