Detail předmětu

Aplikovaná termomechanika

FSI-9ATHAk. rok: 2022/2023

Úvod do problematiky. Ideální plyn. Směsi plynů. První zákon termodynamiky (obecná forma) - teplo, práce, vnitřní energie, entalpie.. Druhý zákon termodynamiky, entropie. Vratné a nevratné děje. Jouleův Thompsonův efekt. Tepelné cykly. Termodynamika par, parní tabulky, diagramy (konstrukce). Clausius - Clapeyronova rovnice. Termodynamické děje v parách. Vlhký vzduch. Určovací veličiny, tabulky. Mollierův diagram (konstrukce). Izobarické úpravy vzduchu, odpařování z volné hladiny. Termodynamika proudění plynů a par. Adiabatické proudění dýzami (výpočtové a reálné podmínky). Cykly plynových a parních tepelných strojů. Kompresory. Cykly chladicích zařízenía a tepelných čerpadel. Základy přenosu tepla. Stacionární a nestacionární přenos tepla vedením, vnitřní zdroje. Přenos tepla konvekcí, teorie podobnosti. Prostup tepla, výměníky tepla. Přenos tepla zářením.

Jazyk výuky

čeština

Garant předmětu

prof. Ing. Milan Pavelek, CSc.

Zajišťuje ústav

Energetický ústav (EÚ)

Výsledky učení předmětu

Schopnost provádět technické výpočty v oblasti termodynamiky a přenosu tepla: Výpočet tepelných strojů a chladicích zařízení. Tepelné bilance materiálových i strojních soustav a zařízení. Výpočet přenosu tepla ve strojních soustavách, v plynech, parách, ve stavbách, při technologických procesech.

Prerekvizity

Matematika, Fyzika.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny.

Způsob a kritéria hodnocení

Ústní zkouška.

Učební cíle

Schopnost provádět technické výpočty v oblasti termodynamiky a přenosu tepla. Aplikovat teoretické znalosti v konstrukčních i technologických oborech (především v technice prostředí).

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Prezence na přednáškách nebude kontrolována.

Základní literatura

Cengel, Y. A., Boles, M. A.: Thermodynamics in engineering approach. Thermodynamics: An Engineering Approach. 8th Edition. Boston: McGraw-Hill Education, 2014. (EN)
Incropera, F. P., DeWitt D. P., Bergman, T. L., Lavine, A. S.: Fundamentals of Heat and Mass Transfer. 6th Edition. Hoboken, NJ: John Wiley, 2006. (EN)

Doporučená literatura

Borgnakke, C. Fundamentals of thermodynamics. 7th ed. International student version, SI version. Hoboken : Wiley, 2009. (EN)
Kreith, F., Bohn, M. S.: Principles of heat transfer. 6.vydání, Brooks/Cole, 2001. (EN)
Latif M. Jiji: Heat Transfer Essentials. Begell House; 2 edition, 2002. (EN)
Moran, M. J.: Fundamentals of engineering thermodynamics. 7th ed. Hoboken: Wiley, 2011. (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program D-ENE-K doktorský 1 ročník, zimní semestr, doporučený kurs
  • Program D-ENE-P doktorský 1 ročník, zimní semestr, doporučený kurs

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

20 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Milan Pavelek, CSc.

Osnova

Úvod do problematiky. Základní zákony a stavová rovnice ideálního plynu. Tepelné kapacity. Směsi ideálních plynů, Daltonův zákon, stavová rovnice směsi a jejích složek.
První zákon termodynamiky a jeho matematické formy (obecná forma). Teplo, objemová a technická práce, vnitřní energie, entalpie.
Vratné děje ideálních plynů, změna stavových veličin,výpočet tepla, vnitřní energie, entalpie, obou prací a znázornění v p-v diagramu.
Tepelné cykly, termická účinnost, práce cyklu. Carnotův cyklus. 2.zákon termodynamiky. Entropie a obecné rovnice změn entropie. Znázornění vratných dějů a Carnotova cyklu v T-s diagramu. Obrácený a nevratný Carnotův cyklus. Nevratné děje v technické praxi. Jouleův Thompsonův efekt.
Van der Waalsova stavová rovnice reálných plynů. Termodynamika par, p-v, T-s a h-s diagramy a tabulky par. Konstrukce diagramů. Clausius -Clapeyronova rovnice. Termodynamické děje v parách, změna stavových veličin, výpočet tepla, vnitřní energie, entalpie, objemové a technické práce.
Termodynamika vlhkého vzduchu. Definice vlhkosti a entalpie vlhkého vzduchu, Mollierův diagram entalpie-měrná vlhkost (konstrukce). Ochlazování, ohřev, mísení a vlhčení vzduchu, adiabatické odpařovaní z volné hladiny. Psychrometr.
První zákon termodynamiky pro otevřenou soustavu a jeho rovnice. Rovnice kontinuity, Bernoulliho. Prandtlova trubice, rychlost zvuku, Machovo číslo. Adiabatické proudění ideálního plynu a páry zužujícím se otvorem a Lavalovou dýzou. Postup při jejich výpočtu. Činnost Lavalovy dýzy při různých vstupních podmínkách a vliv protitlaku na její činnost.
Cykly tepelných plynových a parních strojů. Spalovací motory, plynové turbiny, reakční motory.
Rankin – Clausiův cyklus. Kompresory. Cykly chladicích zařízení a tepelných čerpadel.
Přenos tepla vedením. 3D diferenciální rovnice stacionárního a nestacionárního vedení tepla s vnitřním zdrojem v kartézkých a válcových souřadniccíh Tepelná a teplotní vodivost. Stacionární vedení tepla jednoduchou nebo složenou rovinnou nebo válcovou stěnou.
Přenos tepla konvekcí. Navier-Stokesovy rovnice, rovnice okrajové podmínky. Teorie podobnosti v tepelné konvekci. Odvození kriterii podobnosti. Kriteriální rovnice pro konvekci přirozenou a nucenou.
Stacionární prostup tepla jednoduchou a složenou rovinnou a válcovou stěnou. Výměníky tepla, střední logaritmický teplotní spád, postup výpočtu.
Přenos tepla zářením-základní zákony (1. a 2. Kirchhoffův, Planckův, Stefan-Boltzmanův, Wienův). Záření mezi rovnoběžnými stěnami a mezi obklopujícími se povrchy.