Detail předmětu

Termomechanika

FSI-6TT Ak. rok: 2024/2025 Letní semestr

Garant předmětu

prof. Ing. Josef Štětina, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Energetický ústav

Výsledky učení předmětu

Prerekvizity

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Způsob a kritéria hodnocení

Písemná zkouška jejíž součástí jsou testy s využitím počítačů. Důraz je kladen na teorii a řešení praktických příkladů. Podle výsledku písemné části zkoušky může být součástí zkoušky také ústní část ověřující znalosti z písemné části zkoušky. Součásti celkového hodnocení je hodnocení ze cvičení v rozsahu 30 %.

 

Kontrolovaná účast na cvičeních, v případě omluvené absence výpočet náhradních příkladů. Zanlosti ze cvičení ověřovány vypracováním projektů a testu založeném na výpočtu příkladů. S možností jedné opravy.

Jazyk výuky

čeština

Cíl

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

Použití předmětu ve studijních plánech

Program B-MAI-P: Matematické inženýrství, bakalářský
obor ---: bez specializace, 6 kredity, povinný

Program C-AKR-P: Akreditované předměty v CŽV, celoživotní vzdělávání v akr. stud. programu
obor CLS: Předměty letního semestru, 6 kredity, volitelný

Program B-STR-P: Strojírenství, bakalářský
obor KSB: Kvalita, spolehlivost a bezpečnost, 6 kredity, povinný

Program B-STR-P: Strojírenství, bakalářský
obor SSZ: Stavba strojů a zařízení, 6 kredity, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Lubomír Klimeš, Ph.D.

Osnova


  1. Základní pojmy. Základní zákony a stavová rovnice ideálního plynu. Tepelné kapacity.

  2. Směsi ideálních plynů, Daltonův zákon, stavová rovnice směsi a jejích složek.

  3. První zákon termodynamiky a jeho dvě matematické formy. Teplo, objemová a technická práce, vnitřní energie, entalpie. Entropie a obecné rovnice změn entropie. První zákon termodynamiky pro otevřenou soustavu a jeho rovnice. Rovnice kontinuity.

  4. Vratné děje ideálních plynů, změna stavových veličin, výpočet tepla, vnitřní energie, entalpie, objemové a technické práce a znázornění v p-v diagramu. Tepelné cykly, termická účinnost, práce. Carnotův cyklus. 2. zákon termodynamiky. Znázornění vratných dějů a Carnotova cyklu v T-s diagramu. Obrácený a nevratný Carnotův cyklus. Nevratné děje v technické praxi.

  5. Kompresory. Cykly spalovacích motorů a spalovacích turbín. Reálné plyny, Van der Waalsova stavová rovnice. Praktické přístupy k řešení vlastností reálných a polodokonalých plynů.

  6. Termodynamika par, p-v, T-s a h-s diagramy a tabulky par. Clausiova-Clapeyronova rovnice. Termodynamické děje v parách, změna stavových veličin, výpočet tepla, vnitřní energie, entalpie, objemové a technické práce.

  7. Tepelné elektrárny. Rankin–Clausiův cyklus. Cykly chladicích zařízení a tepelných čerpadel.

  8. Spalování paliv. Výhřevnost, spalné teplo. Stechiometrické spalovací rovnice. Stechiopetrický poměr, součinitel přebytku vzduchu. Termodynamika vlhkého vzduchu. Definice vlhkosti a entalpie vlhkého vzduchu, diagram entalpie-měrná vlhkost. Ochlazování, ohřev, míšení a vlhčení vzduchu, adiabatické odpařovaní z volné hladiny. Psychrometr.

  9. 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. Reakční motory, proudové, raketové.

  10. Základy přenosu tepla. Přenos tepla vedením. 3D diferenciální rovnice stacionárního a nestacionárního vedení tepla s vnitřním zdrojem v kartézských a válcových souřadnicích. Tepelná a teplotní vodivost. Stacionární vedení tepla jednoduchou a složenou rovinnou a válcovou stěno.

  11. Přenos tepla konvekcí. 3D Fourierova-Kirchoffova rovnice, Navierovy-Stokesovy rovnice, okrajové podmínky. Teorie podobnosti v tepelné konvekci. Odvození kritérií podobnosti. Kriteriální rovnice pro nucenou a přirozenou konvekci.

  12. Stacionární prostup tepla jednoduchou a složenou rovinnou a válcovou stěnou. Výměníky tepla, střední teplotní logaritmický spád, postup výpočtu.

  13. Přenos tepla zářením – základní zákony (1. a 2. Kirchhoffův, Planckův, Stefanův-Boltzmanův, Wienův). Záření mezi rovnoběžnými stěnami a mezi obklopujícími se povrchy.  

Cvičení

26 hod., povinná

Osnova

Výpočty:



  1. Stavové veličiny ideálního plynu a směsi ideálních plynů. Kalorimetrické bilanční výpočty.

  2. Vratné změny ideálního plynu – stavové veličiny, teplo, práce, změny vnitřní energie, entropie.

  3. Carnotův cyklus, termická účinnost, změny entropie. I. Zákon pro otevřenou soustavu (metoda kontrolních objemů)

  4. Kompresory Cykly spalovacích motorů a plynových turbin.

  5. Termodynamické děje v parách – stavové veličiny, teplo, práce, změny vnitřní energie, entropie.

  6. Rankin-Clausiův cyklus, cykly tepelných elektráren včetně jaderných.

  7. Základní parametry vlhkého vzduchu a jeho úprav (ohřev, ochlazování, míšení, vlhčení).

  8. Adiabatické proudění zužujícím se otvorem nebo Lavalovou dýzou. Návrh jejích hlavních rozměrů.

  9. Cykly spalovacích turbín, proudových a raketových motorů.

  10. Stacionární vedení tepla rovinnou a válcovou stěnou, jednoduchou nebo složenou. Stacionární prostup tepla – součinitel prostupu tepla, tepelný tok

  11. Součinitel přestupu tepla konvekcí a tepelný tok při konvekci.

  12. Základní výpočet výměníku tepla. Záření mezi obklopujícími se povrchy.

  13. Zápočtový test