T1_PODSTAWY.pdf

TECHNIKA CIEPLNA I

mgr inż. Natalia Schaffel

pokój 220, budynek C

konsultacje:

poniedziałek

trk

9-10

11-12

środa

9-10

program przedmiotu podany na wykładzie

obecność obowiązkowa (3 nieobecności nieusprawiedliwione informacja do dziekanatu)

warunki zaliczania – podane na wykładzie – ćwiczenia – 2 kolokwia (poprawy 2+1)

na kolokwiach można korzystać z jednej kartki formatu A4 (własnoręcznie zapisanej,

zabronione jest umieszczanie na niej przykładowych rozwiązań zadań; kartkę tą należy oddać

wraz z pracą) + tabele/wykresy termodynamiczne

kartkówki – niezapowiedziane z ostatnich ćwiczeń

aktywność na zajęciach będzie premiowana

ocena z ćwiczeń – średnia z najwyższych ocen uzyskanych z poszczególnych kolokwiów z

uwzględnieniem ewentualnych kartkówek i innych form oceniania; aby uzyskać ocenę

pozytywną należy zaliczyć oba kolokwia

Warunki zaliczenia egzaminu:

1. Egzaminy – termin zerowy, główny oraz 2 poprawkowe (+komisyjny?).

2. Do egzaminu można przystąpić bez zaliczenia z laboratorium. Wpis oceny końcowej będzie

możliwy dopiero po zaliczeniu zajęć laboratoryjnych.

3. Każdy kto uzyska zaliczenie z ćwiczeń tablicowych na ocenę 4 lub wyżej może przystąpić do

egzaminu "0", który ma miejsce na ostatnim wykładzie.

4. W normalnych terminach studenci, którzy mają zaliczenie z ćwiczeń tablicowych z oceną wyższą

lub równą 4 są zwolnieni z części zadaniowej.

5. Egzamin składa się z 2 niezależnych części – testu z teorii oraz zadań (2 zadania). Można

zdawać przedmiot etapowo – tzn. raz zaliczona część jest uznawana do końca egzaminu. Ocena

z zadaniowej części egzaminu to średnia arytmetyczna z 2 pozytywnych ocen uzyskanych w

danym terminie zaokrąglona w stronę oceny wyższej. W przypadku uzyskania oceny

negatywnej z któregoś z zadań ocena z części zadaniowej również jest negatywna

(niedostateczny).

6. Student na częściach zadaniowych egzaminu może korzystać ze "ściągi" – jednej kartki formatu

A4 własnoręcznie zapisanej oraz odpowiednich tablic i wykresów – korzystanie z zeszytów i

książek jest zabronione! Zabronione jest umieszczanie na "ściądze" przykładowych rozwiązań

zadań. Ściągę należy oddać wraz z pracą.

7. Student, który nie posiada zaliczenia z ćwiczeń tablicowych, może przystąpić do egzaminu i

zdobyć zaliczenie. W przypadku, gdy zaliczy część zadaniową na ocenę 4 lub wyżej zalicza

również automatycznie egzamin z części zadaniowej. Ocena niższa pozwala uzyskać jedynie

zaliczenie z ćwiczeń tablicowych. W celu zaliczenia części zadaniowej egzaminu student musi

przystąpić do następnego terminu egzaminu.

8. Nieobecności na kolokwiach i egzaminach należy zgłaszać prowadzącemu najpóźniej po upływie

tygodnia od terminu egzaminu (kolokwium). W przypadku usprawiedliwionej nieobecności

należy umożliwić studentowi przystąpienie do egzaminu (kolokwium) w innym terminie.

W/w zasady zaliczania przedmiotu obowiązują w danym roku akademickim.

LITERATURA:

Szargut Jan: Termodynamika, PWN, Warszawa, 1998

Szargut Jan: Termodynamika techniczna, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2000

Kostowski Edward: Przepływ ciepła, Politechnika Śląska, Gliwice, 2000

Szargut Jan, Guzik Antoni, Górniak Henryk: Zadania z termodynamiki technicznej ,

Politechnika Śląska, Gliwice, skrypt nr 2251, 2001 (skrypt nr 1926, 1996)

Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska, Gliwice

TECHNIKA CIEPLNA I

POJĘCIA PODSTAWOWE

podstawowe wielkości fizyczne stosowane w termodynamice:

masa – kg

siła – N=kg·m/s 2

ilość substancji :

mol n (liczba Avogadro N=6,02283·10 26 drobin/kmol)

kilogram G – masa zależy od poziomu energetycznego, ale dla typowych

rozwiązań technicznych zmiana masy jest pomijalna

normalny metr sześcienny V n – jeżeli gaz doskonały lub półdoskonały,

parametry normalne – najczęściej fizyczne (0°C, 101325 Pa=1 Atm=760 Tr)

n =

kmol

(Mv)

(

)

⋅

(

)

ciśnienie – jednostki:

paskal – 1 Pa=1 N/m

2 =1 kg/(m·s 2

) – w praktyce 1 MPa

bar – 1 bar=10 5 Pa=0,1 MPa

atmosfera techniczna – 1 at=98,0665 kPa

wysokość słupa cieczy: woda - mmH 2 O

rtęć - tor – Tr (mmHg)

1 mmH 2 O=9,80665 Pa

1 Tr=133,32 Pa (gęstość rtęci dla 0°C – 13595 kg/m 3 )

atmosfera fizyczna – 1 Atm=760 Tr=101325 Pa

ciśnienie manometryczne i bezwzględne (absolutne):

p +

m p

p m

= )

(

−

⋅

∆

ciśnienie statyczne i dynamiczne :

p d

⋅

praca (L), ciepło (Q), energia (E) – dżul (niutonometr, watosekunda) – 1 J=1 N·m=1

W·s, kilowatogodzina 1 kW·h=3,6 MJ; kilokaloria – 1 kcal=4,1868 kJ, tona paliwa

umownego (1 t p.u.=7 Gcal), tona oleju ekwiwalentnego (1 t o.e.=41,86 GJ)

moc – wat – 1 W=1 J/s; koń mechaniczny 1 KM=735,499 W

temperatura – Kelvin, Celsjusz, Fahrenheit

t C

= T

−

273

C t

(

−

)

⋅

przepływ ustalony w rurociągu ( G ):

⋅

idem

A =

⋅

idem

= G &

ponieważ

V , więc w

V ⋅

Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska, Gliwice

wielkość fizyczna – wartość liczbowa i jednostka miary – np. 25 kJ, 34 kmol/s

układ jednostek SI – jednostki podstawowe (m, kg, mol, s, K, A, cd) i pochodne (N, Pa, J,

W); główne i wtórne (wielokrotności – mega, kilo, mili itp.), "nielegalne" (cal, kG, KM)

wielkości właściwe – oznaczane małą literą (odniesione do masy – v, u, s, i, q, odniesione

do mola – (Mv), (Mu), (Ms), (Mi), (Mq))

strumienie wielkości fizycznej – oznaczone kropką – np.

warunek ciągłości strugi :

TECHNIKA CIEPLNA I

BILANS SUBSTANCJI (zasada zachowania ilości substancji)

zgodnie z zasadą zachowania ilości substancji, nie ulegają zmianie :

liczba drobin (kmol) w procesach fizycznych

liczba atomów pierwiastków w procesach chemicznych

liczba nukleonów w procesach jądrowych

bilans substancji sporządza się dla układu wyodrębnionego za pomocą osłony kontrolnej

(bilansowej)

równanie bilansu substancji (postać ogólna dla procesów fizycznych lub chemicznych):

G +

∆

G - ilość substancji doprowadzonej do układu

G - ilość substancji wyprowadzonej z układu

∆ - przyrost ilości substancji w układzie

∆

G −

2 u

analogicznie:

d n

∆

V +

nd V

∆

dla stanu ustalonego:

& =

d G

& =

w bilansowaniu procesów fizycznych bilansuje się poszczególne substancje lub ich sumę

w bilansowaniu procesów chemicznych bilansuje się poszczególne pierwiastki

d n

UDZIAŁY SUBSTANCJALNE:

udział gramowy (masowy, wagowy):

i = ;

∑

= ∑

udział molowy :

i = ;

∑

= ∑

udział objętościowy :









dla gazów doskonałych i półdoskonałych: 1

∑ i

r =

zastępcza masa drobinowa (molowa): ∑

i M

⋅

związki pomiędzy udziałami substancjalnymi :

;

⋅

∑

⋅

∑

i i

dla gazów doskonałych i półdoskonałych:

; R

∑

⋅

∑

⋅

R – zastępcza stała gazowa dla roztworu

Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska, Gliwice

n +





TECHNIKA CIEPLNA I

POJĘCIA PODSTAWOWE

1. Ciśnienie 760 Tr wyraź w kPa, mmH 2 O, barach i atmosferach fizycznych.

p=760 Tr=760 mmHg=1 Atm=101,325 kPa=1,013 bar=10329 mmH 2 O

2. W liście od znajomego mieszkającego w USA przeczytała(e)ś: "Tutaj u nas w Bostonie było ostatnio

okropnie zimno. Termometry wskazywały 14 F". Znajomy pyta również o temperaturę panującą w

Gliwicach. Co odpiszesz znajomemu, jeżeli temperatura w Gliwicach wynosi 14°C? Jaką

temperaturę (w skali Celsjusza) ma powietrze w Bostonie? Obie temperatury przedstaw również w

skali Kelvina.

Boston: t F =14 F, t C = –10°C, T=263 K

Gliwice: t C =14°C, t F = 57,2 F, T=287 K

3. Określ dobowe zużycie energii (w kJ, kWh i kcal) przez żarówkę o mocy 100 W, przy założeniu, że

świeci się ona przez 1/3 doby.

E=0,8 kWh=2880 kJ=687 kcal

4. Metan (CH 4 ) w ilości n=5 kmol umieszczono w zbiorniku o pojemności V=100 m 3 . Oblicz ilość

metanu w kg i m n 3 , a także jego gęstość rzeczywistą i normalną.

G=80 kg; V n =112,1 m n 3 ; ρ=0,8 kg/m 3 (v=1,25 m 3 /kg); ρ n =0,714 kg/m n 3

5. Manometr wskazuje ∆h=30 mmH 2 O podciśnienia. Wiedząc, że ciśnienie otoczenia wynosi 750 Tr, a

gęstość cieczy manometrycznej (woda) 1000 kg/m 3 oblicz ciśnienie absolutne wyrażając je w kPa.

p=99,698 kPa

6. Do pomiaru prędkości przepływu powietrza użyto dwóch U-rurek. Uzyskano: ∆h 1 =40 mm, ∆h 2 =30

mm (oznaczenia jak na rysunku). Wiedząc, że cieczą manometryczną jest woda o gęstości 990

kg/m 3 , a gęstość powietrza wynosi 1,19 kg/m 3 oblicz prędkość przepływu powietrza.

w=12,8 m/s

7. Rurociągiem o średnicy wewnętrznej 200 mm przepływa zimna woda o gęstości 1000 kg/m 3 z

prędkością średnią 1,5 m/s. Oblicz strumień masy wody w kg/s i kg/h.

Ġ=47,1 kg/s=169560 kg/h

Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska, Gliwice

TECHNIKA CIEPLNA I

POJĘCIA PODSTAWOWE – ZADANIA DODATKOWE

d1. Temperaturę topnienia cyny wynoszącą 232°C wyraź w kelwinach.

T=505 K

d2. Na termometrze zaopatrzonym w skalę Celsjusza zmierzono wzrost temperatury o 30°C. Jaki

przyrost temperatury zmierzono by posługując się termometrem zaopatrzonym w skalę Kelwina?

=30 K

d3. Do turbiny dopływa para wodna o temperaturze 550°C i ciśnieniu 18 MPa, a po rozprężeniu

wypływa para o temperaturze 313 K i ciśnieniu 0,05 bara. Wyraź a) temperaturę pary na dolocie w

kelwinach, a na wylocie w °C; b) ciśnienie pary na dolocie w bar, Pa, hPa, kPa; c) ciśnienie pary

na wylocie w Pa, MPa, mmHg i mmH 2 O.

a) T d =823 K; tw=40°C; b) p d =180 bar=18·10 6 Pa=180·10 3 hPa=18·10 3 kPa;

c) p w =5000 Pa=0,005 MPa=510 mmH 2 O=37,5 mmHg

d4. Barometru użyto do określenia wysokości wzniesienia. U podnóża góry wysokość słupa rtęci w

barometrze wynosiła 760 mm. Wysokość słupa rtęci na szczycie góry wynosiła 700 mm. Jaka jest

różnica poziomów przy założeniu, że średnia gęstość powietrza wynosi 1,2 kg/m 3 , a gęstość rtęci

13600 kg/m 3 .

h=680 m

d5. W szklance umieszczono 250 g wody. Woda ta wyparowała w ciągu 25 dni. Ile cząsteczek wody

(średnio) opuszczało jej powierzchnię w ciągu 1 sekundy?

& 18 cząsteczek/s

d6. W zbiorniku znajduje się 250 kg etanu. Gęstość etanu w warunkach normalnych wynosi 1,34

kg/m 3 . Wyraź ilość gazu w kilomolach i metrach sześciennych normalnych.

n=8,33 kmol; V=186,8 m n 3

d7. Gęstość normalna pewnego gazu wynosi 1,78 kg/m 3 , jego masa molowa 40 kg/kmol, a jego ilość

100 m n 3 . Ilość gazu wyraź w kilomolach i kilogramach.

n=4,46 kmol; G=178,4 kg

d8. Manometr umieszczony na zbiorniku A wskazuje nadciśnienie 0,02 MPa, a manometr

umieszczony na zbiorniku B podciśnienie 0,03MPa. Oblicz ciśnienie bezwzględne panujące w

zbiorniku A i B zakładając, że ciśnienie otoczenia wynosi 1 bar.

p A =0,12 MPa; p B =0,07 MPa

Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska, Gliwice

n=3,87·10

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: