Podstawy techniki cieplnej w inżynierii rolniczej

rok wydania: 2009 stron: 444 + CD oprawa: twarda format: B5 W niniejszym podręczniku zagadnienia termodynamiczne rozważane są w ujęciu fenomenologicznym. Termodynamika fenomenologiczna bada zjawiska w skali makroskopowej, czyniąc przedmiotem rozważań zbiór cząsteczek. Ze względu na specyfikę zagadnień rozważanych w inżynierii rolniczej do podręcznika włączono rozdziały dotyczące przepływu płynów i wymiany masy. W prezentacji materiału największy nacisk położono na stronę fizykalną opisywanych zjawisk i zrozumienie ich istoty, starając się przedstawić drogę prowadzącą do opisu matematycznego za pomocą stworzonego fizycznego modelu zjawiska. Mniejszą wagę natomiast przywiązywano do metodyki matematycznej omawianych zagadnień. Starano się zastosować możliwie najprostszy aparat matematyczny, ograniczając się przy opisie do niezbędnych równań różniczkowych. Celowo pominięto przykłady liczbowe, ponieważ jest planowane wydanie zbioru zadań, stanowiącego uzupełnienie niniejszego podręcznika. Podręcznik zawiera podstawową wiedzę inżynierską oraz podstawy teoretyczne procesów z dziedziny techniki cieplnej i informacje z tego zakresu użyteczne w praktyce projektowej. Podręcznik jest przeznaczony dla studentów technicznych kierunków kształcenia uczelni rolniczych (m.in. technika rolnicza i leśna, inżynieria produkcji, inżynieria i ochrona środowiska, technologia drewna, technologia żywności) oraz niektórych wydziałów politechnik. Mogą z niego korzystać również pracownicy biur projektowych, instytutów naukowo-badawczych oraz wszyscy, których działalność zawodowa wymaga pogłębienia znajomości podstaw techniki cieplnej. [z Przedmowy] SPIS TREŚCI: 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

ISBN: 9788375831054
Autor: Górnicki Krzysztof,Kaleta Agnieszka
Oprawa: twarda
Rok wydania: 2015
Format: B-5
Stron: 440