Termodynamika techniczna / Jan Szargut. - wyd. 7. Gliwice, Spis treści PRZEDMOWA 13 PODSTAWOWE OZNACZENIA 15 WSTĘP 19

Transkrypt

1 Termodynamika techniczna / Jan Szargut. - wyd. 7. Gliwice, 2013 Spis treści PRZEDMOWA 13 PODSTAWOWE OZNACZENIA 15 WSTĘP POJĘCIA PODSTAWOWE I JEDNOSTKI MIAR Układy jednostek Podstawowe definicje Masa Siła Ilość substancji Ciśnienie Jednostki ciśnienia Ciśnienie bezwzględne i manometryczne Ciśnienie statyczne, dynamiczne i całkowite Praca, ciepło, energia, moc Temperatura Objętość właściwa, gęstość masy, gęstość cięŝaru Dynamiczny i kinematyczny współczynnik lepkości 33 Zagadnienia i pytania sprawdzające 35 Przykłady ZASADA ZACHOWANIA ILOŚCI SUBSTANCJI Sformułowanie zasady zachowania ilości substancji Bilans substancji Udziały substancjalne Bilanse pierwiastków w procesach chemicznych 42 Zagadnienia i pytania sprawdzające 42 Przykłady PIERWSZA ZASADA TERMODYNAMIKI Bilans energii Energia układu, energia wewnętrzna, entalpia Sposoby doprowadzania i wyprowadzania energii Ciepło doprowadzone do układu Energia doprowadzona ze strugą płynu Praca mechaniczna Rodzaje przemian. Warunki odwracalności Praca bezwzględna Praca uŝyteczna Praca techniczna Praca wykresowa, wewnętrzna i efektywna Szczególne przypadki bilansu energii Układ zamknięty. Równanie pierwszej zasady termodynamiki Idealna maszyna przepływowa Rzeczywista maszyna przepływowa Wymiennik ciepła Bilans energii w układach hydraulicznych 67

2 Układ ruchomy Sprawność energetyczna 69 Zagadnienia i pytania sprawdzające 70 Przykłady ENTROPIA I OBIEGI TERMODYNAMICZNE Definicja entropii Układ T,S (Belpaire'a) Energia wewnętrzna swobodna, entalpia swobodna Obiegi termodynamiczne Transformatory ciepła 82 Zagadnienia i pytania sprawdzające 83 Przykłady RÓWNANIA STANU GAZÓW I PAR Definicja równania stanu Definicja gazu doskonałego, półdoskonałego i rzeczywistego Termiczne równanie stanu gazów doskonałych i pół-doskonałych Ciśnienie Temperatura Równanie Clapeyrona Prawo Avogadra Uniwersalne równanie stanu gazów doskonałych i póldoskonałych Energia wewnętrzna, entalpia i entropia gazów doskonałych i półdoskonałych Pojemność cieplna w stałej objętości i pod stałym ciśnieniem Gazy doskonałe Gazy półdoskonałe Roztwory gazów doskonałych i półdoskonałych Prawo Daltona Termiczne równanie stanu roztworu Termodynamiczne równania stanu roztworu Powietrze Przemiany charakterystyczne gazów doskonałych i pół doskonałych Wiadomości ogólne Izoterma Izochora Izobara Izentropa Politropa Dławienie Adiabata nieodwracalna Dyfuzja Przemiany fazowe substancji jednorodnych Stany skupienia Izobaryczny proces parowania Objętość właściwa pary nasyconej i przegrzanej Termodynamiczne równania stanu pary nasyconej i przegrzanej Przemiany charakterystyczne pary nasyconej i przegrzanej Równanie Clapeyrona-Clausiusa Termiczne równania stanu gazów rzeczywistych 153

3 Równanie van der Waalsa Inne termiczne równania stanu Wpływ termicznego równania stanu na parametry termodynamiczne Entalpia i entropia gazu rzeczywistego Równania Maxwella Efekt Joule'a-Thomsona ZaleŜność entalpii przemiany fazowej od temperatury Lokalny wykładnik izentropy Aktywność ciśnieniowa 172 Zagadnienia i pytania sprawdzające 178 Przykłady DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI Sformułowanie drugiej zasady termodynamiki Termodynamiczna skala temperatury. Obieg Carnota Matematyczne ujęcie drugiej zasady termodynamiki Warunki równowagi termodynamicznej Statystyczna interpretacja drugiej zasady termodynamiki Praca maksymalna Egzergia, straty egzergii, sprawność egzergetyczna Definicja egzergii Zmiana egzergii termicznej w przemianie fizycznej lub chemicznej Prawo Gouya-Stodoli Bilans egzergii Obliczanie egzergii termicznej Zastosowania egzergii Straty egzergii w typowych procesach nieodwracalnych 223 Zagadnienia i pytania sprawdzające 226 Przykłady ROZTWORY DWUSKŁADNIKOWE Cząstkowe parametry właściwe Definicja i wyznaczanie cząstkowych parametrów właściwych Roztwory doskonałe Roztwór rozcieńczony Roztwór rzeczywisty Potencjał chemiczny Definicja potencjału chemicznego Reguła faz Gibbsa Aktywność składników roztworu Gazy wilgotne Termiczne równanie stanu gazu wilgotnego Entalpia i energia wewnętrzna gazu wilgotnego Wykres i, X powietrza wilgotnego Egzergia powietrza wilgotnego Izobaryczne przemiany powietrza wilgotnego Równowaga roztworów ciekłych z roztworami gazowymi i stałymi Rozpuszczalność gazów w cieczach Równowaga roztworów ciekłych i stałych Równowaga roztworów ciekłych i gazowych Wykresy termodynamiczne roztworów dwuskładnikowych 282

4 Typowe przemiany roztworów dwuskładnikowych R Rozdzielanie składników roztworu cieczy Zasada rektyfikacji Kolumna rektyfikacyjna zagęszczająca Kolumna odpędzająca SprzęŜona kolumna rektyfikacyjna Straty egzergii w procesie rektyfikacji 300 Zagadnienia i pytania sprawdzające 302 Przykłady PODSTAWY TERMODYNAMIKI CHEMICZNEJ Entalpia, entropia i swobodna entalpia reakcji chemicznej standardowej Stan standardowy Reakcja chemiczna standardowa Entalpia i entropia reakcji standardowej Praca maksymalna reakcji standardowej Wpływ ciśnienia na pracę maksymalną reakcji izobarycznoizotermicznej Reakcja tworzenia Obliczanie entalpii w procesach chemicznych Substancje odniesienia Zastosowanie entalpii tworzenia Wartość opałowa i entalpia spalania Entalpia dewaluacji Trzecia zasada termodynamiki Równanie Gibbsa-Helmholtza Teoremat Nernsta Postulat Plancka Podstawowe konsekwencje trzeciej zasady termodynamiki Egzergia a nieosiągalność zera bezwzględnego Kalorymetryczna metoda wyznaczania entropii chemicznej Kwantowo-statystyczna metoda obliczania entropii chemicznej Porównanie entropii kalorymetrycznej i spektroskopowej Ograniczenia trzeciej zasady termodynamiki Równowaga chemiczna Reakcje chemiczne między gazami póldoskonałymi Stopień dysocjacji Reakcje między gazami półdoskonałymi z udziałem ciał stałych i ciekłych Reakcje między gazami rzeczywistymi Minimalizacja swobodnej entalpii 8.5. Egzergia w procesach chemicznych Ogólne zasady obliczania egzergii chemicznej Egzergia chemiczna normalna Obliczanie egzergii chemicznej związków za pomocą egzergii Obliczanie pracy maksymalnej reakcji za pomocą egzergii chemicznej 369 Zagadnienia i pytania sprawdzające 369 Przykłady 370

5 9. SPALANIE Stechiometria spalania Skład paliw Spalanie zupełne i całkowite Spalanie niezupełne i niecałkowite Wykresy kontrolne spalania Wartość opałowa i egzergia paliw Wartość opałowa paliw Temperatura spalania Egzergia chemiczna paliw Straty energii i egzergii w procesach spalania Sprawność energetyczna i egzergetyczna w procesie spalania Straty energii przy spalaniu Straty egzergii przy spalaniu Wpływ dysocjacji na temperaturę spalania i stratę egzergii Ogniwa paliwowe 416 Zagadnienia i pytania sprawdzające 418 Przykłady USTALONY PRZEPŁYW GAZÓW Równania ciągłości strugi i bilansu energii Pojęcia podstawowe Bilans energii Prędkość przepływu Adiabatyczne beztarciowe rozpręŝanie gazu doskonałego Prędkość przepływu Kształt kanału Prędkość krytyczna Strumień czynnika Przepływ adiabatyczny z tarciem Krzywa Fanno Dysza Bendemanna (otwór zaokrąglony) Przepływ adiabatyczny ze skokową zmianą gęstości Rozprzestrzenianie się zaburzenia ciśnienia Prosta fala uderzeniowa Działanie dyszy de Lavala przy zmiennym przeciw- ciśnieniu ZwęŜki miernicze Klasyfikacja zwęŝek Normalna kreza miernicza Liczba przepływu Strata ciśnienia w rurociągach Praca tarcia Przepływ cieczy w poziomym rurociągu Przepływ gazu w długim poziomym rurociągu Przepływ gazu w krótkim rurociągu Lokalne straty ciśnienia Bilans energii i egzergii dla ruchomych układów otwartych Energia strugi płynu przecinającej ruchomą osłonę kontrolną Bilans energii dla układu otwartego Egzergia strugi przecinającej ruchomą osłonę kontrolną Dynamiczne działanie strugi 469

6 Wzór ogólny Przykłady zastosowań Działanie akcyjnego i reakcyjnego stopnia turbiny Akcyjny stopień turbiny Reakcyjny stopień turbiny 477 Zagadnienia i pytania sprawdzające 480 Przykłady SPRĘśARKI Klasyfikacja spręŝarek Praca spręŝania SpręŜanie jednostopniowe w idealnej maszynie przepływowej SpręŜanie wielostopniowe z chłodzeniem między- stopniowym Sprawność wewnętrzna i efektywna spręŝarek SpręŜarki tłokowe Sprawność wolumetryczna Przebieg spręŝania w spręŝarce tłokowej SpręŜarki rotodynamiczne Opis spręŝarki odśrodkowej Opis spręŝarki osiowej Podstawowe równanie spręŝarek roto- dynamicznych Wewnętrzna moc napędowa spręŝarki roto- dynamicznej Wentylatory Charakterystyki spręŝarek Transmisja energii za pomocą spręŝonego powietrza 505 Zagadnienia i pytania sprawdzające SIŁOWNIE PAROWE Obieg porównawczy siłowni parowej MoŜliwości zrealizowania obiegu Carnota w siłowni parowej Obieg Clausiusa-Rankine'a Sposoby zwiększenia sprawności energetycznej obiegu siłowni parowej Siłownie parowe dwuczynnikowe Sprawność siłowni parowej Klasyczna siłownia parowa Dowolna kondensacyjna siłownia parowa Elektrociepłownie parowe 528 Zagadnienia i pytania sprawdzające 532 Przykłady SILNIKI SPALINOWE I SIŁOWNIE TURBOGAZOWE Sprawność silników spalinowych i siłowni turbo-gazowych Obiegi porównawcze silników spalinowych tłokowych Obieg Otto Obieg Diesla Obieg Seiligera-Sabathego Obiegi porównawcze siłowni turbogazowych Obieg Braytona-Armengauda Obieg Ericsona Akumulacja energii z zastosowaniem turbiny spalinowej Obieg porównawczy silnika odrzutowego 562

7 13 6. Siłownie parowo-gazowe Elektrociepłownie parowo-gazowe 568 Zagadnienia i pytania sprawdzające 571 Przykłady ZIĘBIARKI I POMPY GRZEJNE Klasyfikacja i sprawność ziębiarek Typy ziębiarek Sprawność ziębiarek Ziębiarki spręŝarkowe gazowe Ziębiarki spręŝarkowe parowe Obieg Lindego Wykres i, Igp Sprawności cząstkowe ziębiarki parowej spręŝarkowej Czynniki obiegowe ziębiarek parowych Obiegi wielostopniowe ziębiarek parowych spręŝarkowych Ziębiarki cieplne Ziębiarki absorpcyjne Ziębiarki próŝniowe Skraplanie gazów Proces Lindego Proces Claude'a-Heylandta Proces Kapicy Zastosowanie ziębiarki parowej spręŝarkowej z wieloskładnikowym czynnikiem obiegowym Pompy grzejne Sprawność pomp grzejnych Przykłady zastosowań pomp grzejnych 612 Zagadnienia i pytania sprawdzające 617 Przykłady OGÓLNE ZASADY ZMNIEJSZANIA NIEDOSKONAŁOŚCI TERMODYNAMICZNEJ PROCESÓW CIEPLNYCH PODSTAWY TERMODYNAMIKI PROCESÓW NIERÓWNOWAGOWYCH Zjawiska sprzęŝone Lokalne sformułowanie drugiej zasady termodynamiki Równania fenomenologiczne Czwarta zasada termodynamiki Procesy nierównowagowe ustalone Termodynamika zjawisk termoelektrycznych Zjawiska Peltiera i Thomsona Generatory i ziębiarki termoelektryczne 644 Zagadnienia i pytania sprawdzające 650 Przykłady 650 ZESTAWIENIA 652 BIBLIOGRAFIA 676 SKOROWIDZ 678 WYKAZ WYKRESÓW 686 oprac. BPK