Przedmowa ... 11

Wykaz ważniejszych oznaczeń ... 13

 

1. Wiadomości wstępne ... 17

 

1.1. Wielkości fizyczne i jednostki miar stosowane w technice cieplnej ... 17

1.2. Podstawowe pojęcia w termodynamice ... 19

1.3. Podstawowe pojęcia z matematyki stosowane w technice cieplnej ... 25

 

2. Pierwsza zasada termodynamiki ... 36

 

2.1. Bilans substancji ... 36

2.2. Bilans energii ... 36

2.3. Energia układu, energia wewnętrzna układu ... 38

2.4. Entalpia ... 42

2.5. Ciepło ... 43

 

2.6. Praca ... 45

2.6.1. Praca bezwzględna ... 46

2.6.2. Praca użyteczna ... 47

2.6.3. Praca techniczna ... 48

 

2.7. Sformułowanie pierwszej zasady termodynamiki ... 49

2.7.1. Pierwsza zasada termodynamiki dla układów zamkniętych ... 49

2.7.2. Pierwsza zasada termodynamiki dla idealnej maszyny przepływowej ... 51

2.7.3. Pierwsza zasada termodynamiki z uwzględnieniem energii kinetycznej i potencjalnej układu ... 52

 

3. Gazy doskonałe, półdoskonałe i rzeczywiste ... 53

 

3.1. Gazy doskonałe ... 53

3.1.1. Pojęcie gazu doskonałego ... 53

3.1.2. Prawa gazów doskonałych ... 54

3.1.2.1. Prawo izotermy Boyle’a-Mariotte’a ... 54

3.1.2.2. Prawo izobary Gay-Lussaca ... 55

3.1.2.3. Prawo izochory Charlesa ... 55

3.1.2.4. Prawo Avogadra ... 56

3.1.2.5. Równanie stanu gazów doskonałych ... 57

3.1.2.6. Wzory redukcyjne ... 59

3.1.3. Energia wewnętrzna i entalpia gazów doskonałych ... 60

 

3.2. Gazy półdoskonałe ... 66

 

3.3. Roztwory gazów doskonałych i półdoskonałych ... 68

3.3.1. Pojęcie roztworu gazu doskonałego i półdoskonałego ... 68

3.3.2. Udziały substancjalne ... 68

3.3.3. Termiczne równanie stanu roztworu ... 71

3.3.4. Kaloryczne równania stanu roztworu ... 72

3.3.5. Powietrze ... 74

 

3.4. Gazy rzeczywiste ... 75

3.4.1. Pojęcie gazu rzeczywistego ... 75

3.4.2. Równanie stanu gazów rzeczywistych ... 77

3.4.3. Ciepło molowe, entalpia i energia wewnętrzna gazów rzeczywistych ... 83

 

4. Przemiany gazów doskonałych ... 85

 

4.1. Wiadomości ogólne ... 85

4.2. Politropa ... 86

4.3. Izochora ... 90

4.4. Izobara ... 91

4.5. Izoterma ... 93

4.6. Adiabata odwracalna ... 94

4.7. Rodzaje przemian politropowych ... 97

4.8. Adiabata nieodwracalna ... 98

 

4.9. Dławienie ... 98

4.9.1. Dławienie adiabatyczno-izoenergetyczne ... 99

4.9.2. Dławienie adiabatyczno-izentalpowe ... 99

 

4.10. Dyfuzja ... 101

 

5. Druga zasada termodynamiki ... 103

 

5.1. Przemiany (procesy) odwracalne i nieodwracalne ... 103

5.2. Sformułowanie drugiej zasady termodynamiki ... 105

5.3. Entropia ... 106

 

5.4. Obliczanie entropii ... 110

5.4.1. Ciała stałe i ciecze ... 110

5.4.2. Gazy doskonałe i półdoskonałe ... 111

5.4.3. Roztwory gazów doskonałych i półdoskonałych ... 112

5.4.4. Gazy rzeczywiste ... 113

 

5.5. Statystyczna interpretacja entropii oraz drugiej zasady termodynamiki . 114

 

5.6. Entropia w przemianach charakterystycznych gazów doskonałych ... 117

5.6.1. Politropa ... 117

5.6.2. Izochora ... 118

5.6.3. Izobara ... 119

5.6.4. Izoterma ... 120

5.6.5. Adiabata ... 120

 

5.7. Egzergia ... 121

 

6. Obiegi termodynamiczne ... 125

 

6.1. Uwagi wstępne ... 125

6.2. Obiegi prawobieżne i lewobieżne ... 126

6.3. Obieg Carnota ... 130

6.4. Obieg porównawczy Otta ... 134

6.5. Obieg porównawczy Diesla ... 136

6.6. Obieg porównawczy Sabathégo (Seiligera) ... 138

6.7. Obieg porównawczy Lenoira ... 139

6.8. Obieg porównawczy Joule’a ... 141

6.9. Sprężarki teoretyczne (idealne) ... 143

6.10. Straty energetyczne maszyn cieplnych ... 147

 

7. Para substancji jednorodnej chemicznie ... 152

 

7.1. Stany skupienia ... 152

7.2. Wytwarzanie pary przy stałym ciśnieniu ... 154

 

7.3. Określanie parametrów pary wodnej ... 156

7.3.1. Ciecz wrząca ... 156

7.3.2. Para nasycona sucha ... 157

7.3.3. Para nasycona mokra ... 160

7.3.4. Para przegrzana ... 161

 

7.4. Termodynamiczne wykresy stanu ... 161

7.4.1. Wykres p-v ... 162

7.4.2. Wykres T-s ... 163

7.4.3. Wykres i-s ... 165

7.4.4. Wykres lg p-i i wykres T-i ... 166

 

7.5. Przemiany pary substancji jednorodnej chemicznie ... 167

7.5.1. Izochora ... 168

7.5.2. Izobara ... 169

7.5.3. Izoterma ... 171

7.5.4. Izentropa ... 171

7.5.5. Adiabata nieodwracalna ... 172

7.5.6. Dławienie izentalpowe ... 173

 

7.6. Obiegi siłowni parowych ... 174

7.7. Obiegi parowe urządzeń chłodniczych ... 178

7.8. Skraplanie gazów ... 181

 

8. Gazy wilgotne ... 184

 

8.1. Uwagi ogólne ... 184

8.2. Parametry gazów wilgotnych ... 184

 

8.3. Wykresy gazów wilgotnych ... 190

8.3.1. Wykres psychrometryczny (fazowy) X-T ... 190

8.3.2. Wykres entalpowy dla gazu wilgotnego ... 191

 

8.4. Izobaryczne przemiany gazu wilgotnego ... 196

8.4.1. Osuszanie gazu ... 196

8.4.2. Mieszanie izobaryczno-adiabatyczne dwóch strumieni wilgotnego gazu 197

8.4.3. Mieszanie wilgotnego gazu z cieczą lub parą cieczy ... 198

8.4.4. Suszenie ciała stałego ... 200

 

9. Spalanie ... 203

 

9.1. Pojęcia podstawowe ... 203

 

9.2. Rodzaje paliw ... 205

9.2.1. Paliwa stałe ... 206

9.2.2. Paliwa ciekłe ... 206

9.2.3. Paliwa gazowe ... 207

9.2.4. Biopaliwa ... 207

 

9.3. Spalanie zupełne i całkowite paliw stałych i ciekłych ... 208

9.3.1. Skład paliw ... 208

9.3.2. Zapotrzebowanie powietrza do spalania ... 209

9.3.3. Ilość i skład spalin ... 212

 

9.4. Spalanie zupełne i całkowite paliw gazowych ... 215

9.4.1. Skład paliw ... 215

9.4.2. Zapotrzebowanie powietrza do spalania ... 216

9.4.3. Ilość i skład spalin ... 217

 

9.5. Ciepło spalania i wartość opałowa paliwa ... 217

9.6. Temperatura spalania ... 220

9.7. Straty przy spalaniu ... 221

9.8. Zgazowanie paliw stałych ... 223

9.9. Bilans cieplny kotła parowego ... 224

 

10. Przepływ płynów ... 226

 

10.1. Charakterystyka płynów ... 226

10.2. Średnia prędkość płynów, przepływ ustalony i nieustalony ... 229

10.3. Równanie ciągłości przepływu (strugi) ... 230

 

10.4. Równanie Bernoullego ... 231

10.4.1. Równanie Bernoullego dla płynów doskonałych ... 231

10.4.2. Równanie Bernoullego dla płynów rzeczywistych ... 233

10.4.3. Zastosowanie równania Bernoullego do pomiarów prędkości ... 234

10.4.3.1. Rurka Prandtla ... 234

10.4.3.2. Kryza pomiarowa ... 236

 

10.5. Rodzaje przepływu ... 238

10.5.1. Przepływ laminarny ... 238

10.5.2. Krytyczna liczba Reynoldsa ... 240

10.5.3. Przepływ turbulentny ... 241

10.5.4. Warstwa przyścienna ... 244

 

10.6. Opory przepływu ... 246

10.6.1. Straty ciśnienia wskutek tarcia ... 247

10.6.2. Straty ciśnienia wskutek oporów miejscowych ... 249

10.6.3. Opory przepływu przy opływie brył ciała stałego ... 250

10.6.4. Opory przepływu płynu przez złoże nieruchome ... 252

 

10.7. Swobodne opadanie cząstek ciała stałego w płynie ... 254

10.8. Przepływ cieczy pod działaniem sił napięcia powierzchniowego ... 258

 

10.9. Wypływ cieczy ze zbiornika ... 260

10.9.1. Ustalony wypływ cieczy ze zbiornika ... 260

10.9.2. Nieustalony wypływ cieczy ze zbiornika ... 261

 

11. Wymiana ciepła ... 263

 

11.1. Ogólna charakterystyka procesów cieplnych ... 263

 

11.2. Przewodzenie ciepła ... 265

11.2.1. Współczynnik przewodzenia ciepła ...... 265

11.2.2. Ustalone jednokierunkowe przewodzenie ciepła w ciałach stałych ... 266

11.2.2.1. Ścianka płaska ... 266

11.2.2.2. Ścianka cylindryczna ... 270

11.2.2.3. Ścianka kulista ... 271

11.2.3. Równanie różniczkowe przewodzenia ciepła w ciałach stałych ... 272

 

11.3. Konwekcyjne przenoszenie ciepła ... 278

11.3.1. Wprowadzenie ... 278

11.3.2. Różniczkowe równanie energii ... 280

11.3.3. Zastosowanie teorii podobieństwa zjawisk i analizy wymiarowej w procesie wnikania ciepła ... 282

11.3.4. Konwekcja swobodna (naturalna) ... 287

 

11.4. Konwekcja przy zmianie stanu skupienia ... 290

11.4.1. Wrzenie ... 290

11.4.2. Kondensacja (skraplanie) pary ... 292

11.4.3. Krzepnięcie (zamrażanie) ... 293

 

11.5. Przenikanie ciepła ... 295

11.5.1. Przenikanie ciepła przez ścianki ... 295

11.5.2. Sposoby zwiększania intensywności przenikania ciepła ... 297

11.5.3. Krytyczna średnica izolacji ... 298

 

11.6. Promieniowanie ... 299

11.6.1. Podstawowe pojęcia ... 299

11.6.2. Podstawowe prawa promieniowania ... 301

11.6.3. Typowe przypadki wymiany ciepła przez promieniowanie ... 305

 

11.7. Wymienniki ciepła ... 309

11.7.1. Podział wymienników ciepła ... 309

11.7.2. Średnia różnica temperatur ... 310

 

12. Wymiana masy ... 315

 

12.1. Analogia zjawisk ... 315

 

12.2. Wiadomości ogólne o procesach wymiany masy ... 316

12.2.1. Wprowadzenie ... 316

12.2.2. Wymiana masy przez dyfuzję ... 316

12.2.3. Wymiana masy przez konwekcję ... 317

 

12.3. Jednoczesne przenoszenie ciepła i masy ... 322

 

12.4. Suszenie ... 323

12.4.1. Termodynamika materiału wilgotnego ... 323

12.4.2. Przebieg procesu konwekcyjnego suszenia ... 328

12.4.3. Przenoszenie ciepła i masy w procesie suszenia ... 332

12.4.4. Ogólne zasady obliczania suszarek ... 337

12.4.5. Podstawowe schematy suszarek ... 340

 

13. Ogólny opis programu komputerowego ... 347

 

13.1. Wprowadzenie ... 347

13.2. Moduł TERMODYNAMIKA ... 352

13.3. Moduł PARA ... 354

13.4. Moduł MIESZANINA ... 355

13.5. Moduł PRZEPŁYW ... 355

13.6. Moduł WYMIANA CIEPŁA ... 356

13.7. Moduł MIARY ... 358

13.8. Moduł TEST ... 358

13.9. Instalacja i uruchamianie programu ... 359

 

14. Tablice i wykresy ... 360

 

Literatura ... 428

Skorowidz nazwisk ... 431

Skorowidz rzeczowy ... 433