Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství, Energetický ústav Odbor termomechaniky a techniky prostředí
TERMOMECHANIKA PRO STUDENTY STROJNÍCH FAKULT
prof. Ing. Milan Pavelek, CSc. Brno 2013
Technická 2 A2 / 302
[email protected]
Tel.: 5 4114 3272
http://ottp.fme.vutbr.cz
VÝZNAM STUDIA TERMOMECHANIKY Termomechanika je základní vědní obor. Zahrnuje: ● Termodynamiku teoretickou, technickou a chemickou ● Přenos tepla vedením, konvekcí (prouděním) a zářením Zabývá se získáváním, přeměnami a transportem energie a účinností využití.
Zdroj: ČEZ
S Termomechanikou se lze setkat: ● V praktických aplikacích ● V jiných vědních oborech ● V každodenním životě Znalost Termomechaniky umožní řešit: ● Nové energetické zdroje ● Nové konstrukce strojů s vyšší ÚČINNOSTÍ ● Snižování spotřeby energie a materiálů ● Ekologické problémy 2
INFORMACE O STUDIU TERMOMECHANIKY GARANT:
prof. Ing. Milan Pavelek, CSc.
VÝUKA:
Přednášky 3 hod. za týden Výpočtová cvičení 2 hod. za týden
ZKOUŠKA:
Přihlášky na síti Písemka 75 min * 1 příklad bez pomůcek * 2 teoretické otázky Ústní zkouška v jednom dni
ZAJIŠŤUJE: Energetický ústav - OTTP Dále pracoviště zajišťuje: Obor Technika prostředí Doktorandské studium Rozsáhlý výzkum 3
STUDIJNÍ MATERIÁLY PRO TERMOMECHANIKU SKRIPTA: Pavelek, M. a kol.: Termomechanika. Akademické nakladatelství CERM s.r.o. Brno, Brno 2011. POMŮCKY: http://ottp.fme.vutbr.cz/~pavelek/ Programy Vodní pára Programy Vlhký vzduch Diagramy vodní páry Diagram vlhkého vzduchu Sbírka příkladů z termomechaniky Studijní opory ….. PŘEDNÁŠKY Z TERMOMECHANIKY VE FORMÁTU PDF - PAVELEK: http://studyenergyweb.fme.vutbr.cz/ot/termomechanika-prednasejiciprof-ing-milan-pavelek-csc
4
ČASOVÝ PLÁN PŘEDNÁŠEK Z TERMOMECHANIKY - 1 PODROBNÁ UČEBNÍ OSNOVA A ČASOVÝ PLÁN PŘEDNÁŠEK Z PŘEDMĚTU TERMOMECHANIKA 3. ročník. Rozsah 3/2, zápočet, zkouška 1. TÝDEN: Základní pojmy (soustava, energie, teplo, práce, stavové veličiny). Stavová rovnice ideálního plynu (zákony: Gay-Lussacův, Charlesův, Boyle-Mariotteův, Avogadrův, plynová konstanta, p-v-T, p-v diagram). Tepelné kapacity. Směsi ideálních plynů (Daltonův zákon, stavové rovnice směsi a jejich složek, určování směsi a přepočty určujících zlomků, molární hmotnost, hustota, plynová konstanta, měrná tepelná kapacita). http://ottp.fme.vutbr.cz/~pavelek/vyuka.htm
5
ČASOVÝ PLÁN PŘEDNÁŠEK Z TERMOMECHANIKY - 2 2. TÝDEN: 1.zákon termodynamiky (objemová práce, vnitřní energie, technická práce, entalpie, 1. a 2. forma 1.zákona termodynamiky, Mayerův vztah, Poissonova konstanta). Vratné děje ideálních plynů (izochorický, izotermický, izobarický, adiabatický, polytropický - stavové veličiny, výpočet tepla, vnitřní energie, práce objemové, entalpie, práce technické - zobrazení v p-v diagramu). 3. TÝDEN: Tepelné cykly (práce, termická účinnost, Carnotův cyklus). 2.zákon termodynamiky ( slovní a matematické formulace, vratné a nevratné děje a cykly, entropie, obecné rovnice změn entropie, T-s diagram ideálních plynů ). Carnotův cyklus v T-s diagramu. 4. TÝDEN: Nevratné děje ( vznik tepla třením, přestup tepla při konečném rozdílu teplot, vyrovnání konečných rozdílů tlaků, škrcení, difúze plynů ). 3.zákon termodynamiky. Termodynamika par (stavové rovnice reálných plynů - par, p-t diagramy, energetické veličiny páry a kapaliny). 5. TÝDEN: p-v, T-s, h-s diagramy par, parní tabulky, určení stavu, děje, výpočet tepla, prací, Clausiova-Clapeyronova rovnice. http://ottp.fme.vutbr.cz/~pavelek/vyuka.htm
6
ČASOVÝ PLÁN PŘEDNÁŠEK Z TERMOMECHANIKY - 3 6. TÝDEN: Vlhký vzduch - definice vlhkosti, entalpie vlhkého vzduchu, h-x diagram, ochlazování, ohřev a míšení vzduchu, vlhčení vzduchu, odpařování vody z hladiny, princip psychrometru. 7. TÝDEN: Proudění plynů a par - rovnice kontinuity, pohybová a energetická, Prandtlova trubice, rychlost zvuku v plynech, Machovo číslo. Adiabatické proudění ideálního plynu a páry zužující se a Lavalovou dýzou, kritický poměr tlaků. Postup při výpočtu dýz. Celkové parametry proudu. Činnost Lavalovy dýzy při různých vstupních podmínkách, vliv protitlaku na proudění dýzami. 8. TÝDEN: Cykly tepelných strojů. Cykly plynové - pístových spalovacích motorů, plynových turbín, reakčních motorů. 9. TÝDEN: Tepelné cykly parní - cykly parostrojních zařízení, chladicích zařízení, tepelných čerpadel a pro zkapalňování plynů. Kompresory. 10. TÝDEN: Přenos tepla vedením (tepelný tok, tepelná vodivost, DR energie, počáteční a okrajové podmínky, řešení DR pro stacionární vedení rovinnou a válcovou stěnou jednoduchou i složenou). http://ottp.fme.vutbr.cz/~pavelek/vyuka.htm
7
ČASOVÝ PLÁN PŘEDNÁŠEK Z TERMOMECHANIKY - 4 11. TÝDEN: Přenos tepla konvekcí (tepelný tok, součinitel přestupu tepla, DR energie, Navier-Stokesovy, kontinuity, přestupu tepla, okrajové podmínky, teorie podobnosti pro řešení přenosu tepla přirozenou a nucenou konvekcí). 12. TÝDEN: Prostup tepla a tepelné výměníky (součinitel prostupu tepla pro jednoduchou i složenou rovinnou a válcovou stěnu, souproudé a protiproudé výměníky tepla, střední logaritmický teplotní spád, postup výpočtu výměníků). 13. TÝDEN: Přenos tepla zářením (1. Kirchhoffův zákon, Planckův zákon, záření černých, šedých, reálných a selektivních zářičů, Wienův zákon, Stefan-Boltzmannův zákon, 2. Kirchhoffův zákon, záření mezi rovnoběžnými stěnami a obklopujícími se povrchy, skleníkový efekt). GARANT: prof. Ing. Milan Pavelek, CSc.
Používat jen autorizované texty
http://ottp.fme.vutbr.cz/~pavelek/vyuka.htm
8
PREZENTACE PŘEDNÁŠEK Z TERMOMECHANIKY 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.
Základní pojmy Stavová rovnice ideálních plynů TERMO Směsi ideálních plynů je filosofií První zákon termodynamiky techniky Vratné děje ideálních plynů Základy tepelných cyklů Druhý zákon termodynamiky Nevratné děje Termodynamika par čisté látky Termodynamika směsi plynů a par Termodynamika proudění Cykly tepelných motorů Cykly poháněných tepelných strojů Kompresory Základy přenosu tepla Přenos tepla vedením 18. Tepelné výměníky Přenos tepla konvekcí 19. Přenos tepla zářením
9
