A hőtechnika technikájának elméleti alapjai; Energia-nómenklatúra CNAA specialitásokkal
A termodinamika alapfogalmai. Termodinamikai rendszer, környezet, a kölcsönhatás közöttük. Az egyensúly állapota. Alapállapot-paraméterek. Belső energia. Termodinamikai folyamatok. Visszafordítható és visszafordíthatatlan folyamatok.
A termodinamika első elve az energia megmaradásának és átalakulásának törvényének kvantitatív kifejezése. Az energia formái és az átalakulás módjai. Mechanikai deformációs munka. A hő, mint az energiacsere egyik formája. A mechanikai munka és a hő kifejezése reverzibilis folyamatokban a rendszer paraméterei révén, és ezek kölcsönösen átalakulnak végtelenül kicsi és véges folyamatokká. Mechanikai munka és hő, mint folyamatfunkciók. Termodinamikai koordináták és interakciós potenciálok. Entrópia - termodinamikai állapotkoordináta. A reverzibilis folyamatok alapvető termodinamikai egyenlősége. A termodinamika első elvének egyenlete folyadékáramra. Enthalpia, mechanikai elmozdulás, műszaki munka, teljes munka.
A termodinamikai rendszerek állapotegyenlete. Hő- és kalóriaállapot-egyenletek. Az állapotegyenletek általános tulajdonságai. Hőegyütthatói: izotermikus összenyomhatóság, hőrugalmasság, hőtágulás. A mechanikai stabilitás feltétele. A termodinamikai felület és a termodinamikai folyamatgörbék fogalma. Clapeyron-Mendelejev és Van-der-Waals-egyenletek state állapotegyenletek példái.
A kalóriakapacitás fogalma. A kalóriakapacitás függése a termodinamikai folyamat jellegétől. Izochor és izobár fűtőteljesítmény kifejezése energia és entalpia származékokkal a hőmérséklet függvényében. Moláris, tömeg és térfogat kalóriakapacitás. Az ideális hőmérsékletű gázok fűtőértékének függősége. Az ideális gázkeverék kalóriatartalma.
A termodinamika második elve. Termodinamikai reverzibilitás és reverzibilitás. Az entrópia változása visszafordíthatatlan folyamatokban. Termodinamikai egyenlőtlenség. A hő és a mechanikai munka kölcsönös átalakulásának feltételei közvetlen és fordított termodinamikai ciklusokban. A közvetlen ciklus hőhatékonysága, a fordított ciklus hűtési hatékonysága. Carnot ciklusa és tétele. Különböző készítmények a termodinamika második elvét figyelembe véve. Termodinamikai hőmérsékleti skála. A termodinamikai állapot valószínűségének fogalma és kapcsolata az entrópiával.
Az irreverzibilitás hatása a termodinamikai ciklusok hatékonyságára. Jellegzetes termodinamikai funkciók. Jellemző funkciók, mint termodinamikai potenciálok. A belső energia, az entalpia, az izochor-izotermikus potenciál és az izobár-izotermális potenciál mint jellemző funkció. Lehetőség a rendszer termikus és kalóriatartalmának kifejezésére a jellegzetes funkciók révén. A Gibbs-Helmholtz-egyenlet. Maxwell kapcsolata.
A termodinamika differenciálegyenletei részleges származékokban. A belső energia, az entalpia és az entrópia differenciált egyenletei a hőmérséklet, a térfogat és a nyomás függvényében, mint független változók. Az ideál és a valós gáz termodinamikai függvényeinek mennyiségének kiszámítása.
Az ideális gáz belső energiája, entalpiája és entrópiája. A kalóriakapacitás differenciálegyenletei. Az izobár és az izokhor kalóriakapacitás kapcsolata. A nyomás izobárikus fűtőteljesítményének és a térfogat izochor fűtőteljesítményének függősége. A kalóriakapacitási adatok felhasználása a hemipirikus állapotegyenletek megállapításához.
Termodinamikai egyensúly. Összetett termodinamikai rendszerek fázissal és kémiai inhomogenitással. Kompozit rendszerek termodinamikájának alapvető egyenletei. Kémiai potenciál. Az összetett rendszer egyensúlyi viszonyai kompatibilisek a környezettel. A jellemző funkciók minimalizálásának elve. A minimalizálás és a növekvő entrópia közötti kapcsolat irreverzibilis folyamatokban. Termodinamikai egyensúlyi körülmények inhomogén rendszerekben, de kémiai homogenitással. Termodinamikai egyensúlyi viszonyok többkomponensű többfázisú rendszerekben. Gibbs fázisszabálya. Első rendű fázisátmenetek. A tiszta anyagok fázisdiagramjai. A Clapeyron-Claussius egyenlet. Másodfokú fázis transzformációk.
A tiszta anyagok termodinamikai tulajdonságai. Minőségi különbségek a valós és az ideális gáz tulajdonságai között. Termodinamikai kritikus állapot. Van-der-Waals-egyenlet. Metastabil állapotok. Maxwell szabálya. Dimenziós állapotparaméterek, Van-der-Waalls dimenzió nélküli egyenletek. A konkordáns állapotok és a termodinamikai hasonlóság elve. Az összenyomhatósági együttható és a kritikus együttható fogalma. A valós gázegyenlet általános formája Mayer-Bogoliubov egyenlet. Vírusos állapotegyenletek.
Anyagok termodinamikai tulajdonságai a fázistelítettségi vonalon. Nedves, túlhevített gőz termodinamikai tulajdonságai. A határgörbe alakja. Módszerek a valós anyagok entrópiájának, entalpiájának és belső energiájának kiszámításához termikus tulajdonságok adatainak felhasználásával. Állapotdiagramok: térfogat-nyomás, térfogat-hőmérséklet, entrópia-entalpia, nyomás-entalpia.
Alapvető termodinamikai folyamatok. Algoritmus a termodinamikai folyamat kiszámításához. Folyamatok: izochoros, izobáros, izotermikus, adiabatikus, politropikus. Állapotparaméterek meghatározása, a termodinamikai funkciók variációja a folyamatokban, a hőmennyiség, a munka ideális gáz és valós gázok esetén.
Diagramok használata a folyamatok kiszámításához. Áramlási és térfogatú gázkeverési folyamatok.
Laminálás. Folyamatleírás. A Joule-Thomson-effektus. Lamináris tágulási együttható. Pontok és inverziós görbe.
Az egydimenziós áramlás termodinamikája. A fő egyszerűsítések. Az áramlási energiaegyenlet termikus és mechanikus formában. Adiabatikus áramlás súrlódás nélkül. A sebesség összefüggése az entalpia, a hőmérséklet és az aktuális nyomással. Fékezési paraméterek. Áramlás változó keresztmetszetű csatornákban. A kritikus nyomás elvesztése. Laval fúvóka.
A gáz- és gőzáramlás folyamatainak vizsgálata entrópikus diagramok segítségével.
A kompresszor működésének termodinamikai elemzése. Műszaki és elméleti dugattyús kompresszor. Valódi kompresszor üzem.
Többfokozatú kompresszorok. A tömörítés mértékének kiválasztása a lépésben. A kompresszor működési folyamatainak bemutatása entrópikus diagramokban. Az axiális és a centrifugális kompresszor működéséhez szükséges mechanikai munka. A súrlódás hatása a kompresszor funkcionális paramétereire.
Hőmotorok termodinamikai referencia-ciklusai. A belső égésű dugattyús motorok ideális termodinamikai ciklusai. A konstruktív és funkcionális paraméterek hatása a ciklusok hőhatékonyságára. Az ideális termodinamikai ciklus kívülről érkező hő bevezetésével (Stirling). A gázturbina rendszerek és sugárhajtóművek ideális termodinamikai ciklusai. Hőregenerációs ciklus. A klasszikus Rankine-ciklus. Vegyes gőz- és gázturbina berendezések ciklusai. A gőznyomás és a túlmelegedés hatása a Rankine-ciklus hőhatékonyságára. A magneto-hidrodinamikai installációk ciklusa.
Elméleti gőzhűtési ciklus. Elméleti hőszivattyús ciklus. A hűtési ciklusok termodinamikai hatékonysága. Hűtött levegő és sűrített gőz létesítmények ciklusai. Gázcseppfolyósítási módszerek.
A párás levegő. Nedves légkondicionáló jellemző. Abszolút páratartalom és relatív páratartalom. Nedves légkondicionáló ábra. A nedves levegő állapotának paramétereinek kiszámítása. Fűtési, hűtési, nedvesítési és szárítási folyamatok.
A kémiai termodinamika elemei. A termodinamika első elvének alkalmazása kémiai folyamatokon. Gass törvénye. Kirchhoff-egyenlet. Termodinamikai egyensúlyi feltételek alkalmazása a kémiai reakciók leírásában. Homogén reakciók egyensúlyi állandója, tömegtörvény. A disszociáció mértéke és kapcsolata az egyensúlyi állandókkal. A kémiai reakció munkája. Nernst kalóriatörvénye.
Hő- és tömegátadás elmélete
A hővezetés megkezdése. A fizikai jelenségek tanulmányozásának módszerei. Hipotézis Biot. Fourier-törvény - a hővezetés alaptörvénye. Hővezető. A hővezetés differenciálegyenlete. A hővezetési folyamatok egyediségének feltételei.
Hővezetés állandó állapotban.
Vezetőképes hőátadás a sík falán olyan peremfeltételek esetén, mint I, II és III.
Vezetőképes hőátadás a hengeres falon olyan peremfeltételek esetén, mint az I, II és III. A hengeres fal kritikus átmérője. Vezetőképes hőátadás a gömb alakú falon. Általános módszer a hővezetési egyenletek integrálására lapos, hengeres és gömb alakú falakon keresztül. Hővezetés állandó keresztmetszetű rúdon keresztül. Hővezetés az uszonylemezeken keresztül. Hővezetés hűtő pórusú lemezeken keresztül. Hővezetés belső hőforrásokkal rendelkező testeken keresztül.
Vezetőképes hőátadás nem álló állapotban. Nem álló hővezetés végtelen lapos lemezeken keresztül. A lemez hűtés közben leadott hőmennyiségének kiszámítása. Nem stacionárius hővezetés végtelenül hosszú hengeres falakon keresztül. A henger hűtés közben leadott hőmennyiségének kiszámítása. A gömb lehűtése. Véges méretű testek hűtése (fűtése). Hűtés (fűtés) üzemmód a testek állandó sebességével. Megközelítő módszerek a vezetőképes hőátadási problémák megoldására. Hővezetési folyamatok kutatása analóg módszerrel. Számszerű módszerek a vezető hőátadási problémák megoldására.
A hőkonvekció és az egyediség feltételeinek differenciálegyenletei. A hidrodinamikai, termikus és diffúziós határréteg egyenletrendszere. Az impulzus, a hő és a tömeg turbulens átadása.
A konvektív hőátadási egyenletek hasonlóságelmélete és dimenzióanalízise. Hasonlósági kritériumok és számítási kritériumok egyenletei a konvekciós hőátadáshoz. A fizikai folyamatok hasonlóságának feltételei. Dimenzióanalízis módszer.
Ingyenes konvekciós hőátadás. Szabad konvektív hőátadás lamináris rendszerben függőleges lemez mentén. Konvektív hőátadás turbulens mozgás esetén. Szabad konvektív hőátadás vízszintes cső körül. A folyadék szabad konvekciós hőátadása korlátozott térfogatban.
Hőátadás kényszerű konvekcióval. A folyadék lamináris áramlása a csöveken keresztül. Egy lemez konvektív hőátadása, ha a felületi hőmérséklet állandó. A fizikai paraméterek változásának hatása. Lamináris határréteg-egyenletek megoldása. Hozzávetőleges áramlási számítási módszerek a fal sebességének és hőmérsékletének különböző variációival. Az impulzus és az energia integrált kapcsolatai. A konvekciós hőátadás sajátosságai szuperszonikus gázáramlás esetén. A szállás együtthatója. A hőátadás törvénye.
Hőelvezetés kényszerített turbulens folyadékáramlás közben. A lamináris mozgás turbulenciává válása. A turbulencia fél-empirikus elméletei.
A hőátadás integrálegyenlete a folyadék stabilizált áramlásához a csőben. Hőátadás turbulens határréteg esetén. A fizikai tulajdonságok hatása a hőátadásra. Hőátadás a turbulens határrétegben a testek körüli külső áramlás felé. Reynolds hidrodinamikai analógiája. Az érdesség hatása a hőátadásra. Numerikus módszerek a turbulens hőátadás kiszámításához (K-E modell).
Hőátadás kénytelen áramlás esetén egy szigetelt cső és egy csőköteg körül.
Hőátadás ritka gázokban. A szállás együtthatója. Csúszó együttható. A mozgás területei. Hőátadás a szabad molekuláris áramlásban és a csúszó áramlási zónában.
Hőátadás gőzkondenzációvá. Páralecsapódás filmben és cseppekben. Hőátadás mozdulatlan gőz film kondenzációjába egy függőleges falon. Páralecsapódás vízszintes csövön. Hőátadás a gőz film kondenzációjába, ha egy csövön és csőkötegen keresztül mozog. Hőátadás gáz és gőz keverékéből származó gőzök kondenzációja során. Az impulzus-, hő- és tömegátadás folyamata közötti hármas hasonlat. Diffúziós határréteg. Hőátadás gőz kondenzáció esetén cseppenként.
Hőátadás egyfázisú folyadékok forralásakor. Folyékony forralási rendszerek. A hőátadási folyamat mechanizmusa gömb alakú forralásban. A gőzök aktív fázisának előfordulása. A földgömb leválásának átmérője. A gömbök növekedési sebessége és leválasztási gyakorisága a fűtött felületről. A hőmennyiség hőmérséklete. A hőnyomás és a hőfizikai tulajdonságok függése a nyomástól. A forgalmi sebesség hatása. Hőátadás a folyadék gömb alakú forralásába szabad konvekciós körülmények között. Kétfázisú áramszerkezet és hőátadás, amikor folyadékot forralunk a csövekben.
A forró hőátadás válsága és a termelés mechanizmusa. A folyadék filmrétegébe történő hőátadás mechanizmusa. Hőátadás a gőzfilm lamináris áramlásába. Hőátadás a gőzfilm turbulens áramlásánál. Hő- és tömegátadás kémiai átalakulások esetén. Általános elképzelések a kémiai átalakulásokról. A határréteg-egyenletek rendszere. Hőátadás a gázelegy és a fáziselválasztó felület között. A hő és a tömeg átkerül a szublimációig és a párologtatás az átadó felületről.
Hőátadás sugárzás útján. A hősugárzás általános törvényei. Plank törvénye. Stefan-Boltzman törvény. Kirchgoff törvénye. Lambert törvénye. Sugárzási hőátadás testek között. Sugárzás hőátadása árnyékolás esetén. Sugárzás a test és a héj között. Sugárzás hőátadása testek között, önkényesen elrendezve a térben. Szögsugárzási együtthatók. Hőátadás abszorbens és sugárzó környezetben. A környezet optikai vastagsága és a sugárzási rendszerek. A gáz- és gőzsugárzás sajátosságai. Hőátadás a gáznemű közeg és a bevonat között. Összetett hőcsere. Sugárzási hasonlósági kritériumok.
Tömegátviteli módok és mechanizmusuk. Alapvető mennyiségek és alapvető törvények a tömeges transzferben. A tömegátadás differenciálegyenletei. Konvektív tömegátadás. A konvektív tömegátadásra jellemző hasonlósági kritériumok. Interfázisú tömegátadás. Hőcserélők. A hővisszanyerő hőcserélők hőszámítása. Átlagos hőmérséklet-különbség és számítási módszerek. A végső hőmérséklet kiszámítása és a meghatározás módszerei. A hőhatású szerek végső hőmérsékletének kiszámítása. A regeneratív hőcserélők hőszámítása.