TECHNICKÁ MECHANIKA TERMOMECHANIKA Ing. Oldřich Šámal TECHNICKÁ MECHANIKA TERMOMECHANIKA PRAHA 2022
Učebnice je určena pro žáky 3. ročníku středních průmyslových škol strojnických. Lze ji použít i pro další maturitní obory se strojním zaměřením.
Učebnice řeší jak teplo působí na fyzikální a chemické děje, na získávání tepla spalováním a vyšetřuje co nejefektivnější způsoby využití tepla v tepelných strojích.
Pro snažší pochopení teorie je v učebnici uvedeno 67 řešených příkladů a 57 neřešených příkladů pro domácí přípravu žáků. Po teoretickém úvodu je vždy uveden metodicky správný a obecně platný algoritmus úlohy.
Učebnice vychází pod záštitou Josefa Kozla, člena Rady Pardubického kraje za oblast školství
Za podporu vydání této učebnice děkujeme:
– firmě Svoboda TMS s.r.o.
– firmě BIDMAN Engineering
Všechna práva vyhrazena. Tato kniha ani její části nesmějí být rozmnožovány tiskem, fotokopiemi, elektronickými datovými soubory ani jiným způsobem bez předchozího písemného souhlasu vydavatele.
© Ing. Oldřich Šámal, 2022
© Informatorium, spol. s r. o., 2022
OBSAH PŘEHLED VELIČIN A JEJICH JEDNOTEK 7
1 ZÁKLADY TERMOMECHANIKY 10
1.1 Úvod do termomechaniky 10
1.2 Teplota .............................................................................. 10 1.3 Tlak 11
1.4 Teplo, tepelná energie, měrná tepelná kapacita ............................................. 11
1.5 Délková a objemová roztažnost látek způsobená působením tepla 13
1.5.1 Délková roztažnost tuhých látek............................ 13
1.5.2 Objemová roztažnost tuhých látek 14
1.5.3 Objemová roztažnost plynů 15
1.6 Přeměna skupenství látek ........................................ 15
1.6.1 Skupenské teplo tání (tuhnutí) 15
1.6.2 Skupenské teplo výparné (kondenzační) 15
1.6.3 Skupenské teplo sublimační (desublimační) ... 16 Kontrolní otázky a úkoly 17
2 TERMODYNAMIKA PLYNŮ .................................... 18
2.1 Ideální plyn ..................................................................... 18
2.2 Stavové veličiny 18
2.3 Základní zákony ideálního plynu........................... 18
2.4 Rovnice stavu ideálního plynu ................................ 19
2.5 Termodynamické stavové veličiny 22
2.5.1 Vnitřní energie 22
2.5.2 Entalpie............................................................................. 22
2.5.3 Entropie 23
2.6 První termodynamická věta 24
2.6.1 Tlakový a entropický diagram ................................ 25
a) Tlakový diagram 25
b) Entropický T – s diagram (tepelný diagram) ........................................................ 26
2.7 Změny stavu plynů 26
2.7.1 Vratné změny ideálního plynu 26
a) Změna při stálém objemu – izochorická ............ 26
b) Změna při stálém tlaku – izobarická 27
c) Změna při stálé teplotě – izotermická
d)
e) Změna při stálé měrné tepelné kapacitě
Vliv teploty přehřáté páry na tepelnou účinnost oběhu při konstantních tlacích p1 a p2 58
Vliv tlaku přehřáté páry na účinnost oběhu
při teplotě T1 = konst. a p2 = konst. ....................... 58
Vliv konečného tlaku po expanzi na tepelnou
účinnost oběhu při stejných podmínkách přehřáté páry ................................................................ 58
e) Jaderná elektrárna 59
4.3.2 Nepřímé oběhy 60
a) Carnotův cyklus ............................................................ 60
b) Oběh pístového kompresoru 61
Výkon kompresoru 63
Izotermický kompresor ............................................. 63
Adiabatický kompresor 63
Polytropický kompresor 63
c) Chladící oběh .................................................................. 63
Tepelná bilance oběhu 64
d) Tepelné čerpadlo 65
Topný faktor tepelného čerpadla .......................... 66
Kontrolní otázky 66
5 TERMODYNAMIKA
PROUDÍCÍCH VZDUŠIN ............................................ 67
5.1 Zákon o zachování hmoty, rovnice kontinuity........................................................ 67
5.2 Zákon o zachování energie, Bernoulliova rovnice pro ideální plyn 68
5.2.1 Adiabatické proudění ideálního plynu 68 Ohřev vzdušiny při obtékání ...................................
Změna hustoty vzdušiny při pomalém proudění
5.2.2 Výtok vzdušiny z nádoby ..........................................
Hmotnostní průtok vzdušiny při výtoku tryskou z nádoby 69 Kontrolní otázky
6.2.1 Ustálený průtok tepla jednoduchou rovinnou stěnou
6.4 Prostup tepla stěnou se stálým rozdílem teplot proudu při ustáleném proudění ..............
6.4.1 Prostup tepla jednoduchou rovinnou stěnou 74
6.4.2 Prostup tepla složenou rovinnou stěnou 75 6.5 Výpočet tepelných ztrát budov
7.2 Absolutní a relativní vlhkost, měrná vlhkost, entalpie .............................................
a ochlazování vlhkého vzduchu
PŘEHLED VELIČIN A JEJICH JEDNOTEK Název veličiny Značka Jednotka
adiabatická konstanta (cp/cv) κ 1
čas τ s
délka l m
energie vnitřní U J
energie vnitřní měrná u J.kg–1
entalpie I J
entalpie měrná i J.kg–1
entalpie měrná mokré páry ix J.kg–1
entalpie měrná přehřáté páry ipp J.kg–1
entalpie měrná syté páry i'' J.kg–1
entalpie měrná vroucí kapaliny i' J.kg–1
entropie S J.K–1
entropie měrná s J.K–1.kg–1
entropie měrná mokré páry sx J.K–1.kg–1
entropie měrná přehřáté páry spp J.K–1.kg–1
entropie měrná syté páry s'' J.K–1.kg–1
entropie měrná vroucí kapaliny s' J.K–1.kg–1 hmotnost m kg
hustota ρ kg.m–3
hustota kapaliny ρk kg.m–3
kapacita měrná tepelná c J.kg–1.K–1
kapacita měrná tepelná při konstantním objemu cv J.kg–1.K–1
kapacita měrná tepelná při konstantním tlaku
cp J.kg–1.K–1
konstanta měrná plynová r J.kg–1.K–1
mocnitel polytropický n 1
objem V m3
objem kompresní Vk m3
objem škodlivý Vš m3
objem zdvihový Vz m3
objem měrný mokré páry vx m3.kg–1
objem měrný přehřáté páry vpp m3.kg–1
objem měrný syté páry v'' m3.kg–1
objem měrný vroucí kapaliny v' m3.kg–1
podtlak pv Pa
plocha S m2
průřez kritický Sk m2
poloměr r, R m
poměr kompresní ε 1
poměr kritický tlakový β 1
práce absolutní A J
práce absolutní měrná a J.kg–1
práce ideální aid J.kg–1
práce technická At J
práce technická měrná at J.kg–1
průměr d, D m
průměr kritický dkr m
průtok hmotnostní mτ kg.s–1
přetlak pp Pa, MPa
Název veličiny Značka Jednotka
PŘEHLED VELIČIN A JEJICH JEDNOTEK rozdíl teplot ∆t, ∆T ℃, K
rychlost v m.s–1
sálavost C W.m2.K–4
síla (obecně) F N
síla odstředivá Fo N
síla setrvačná Fs N
síla výsledná Fv N
součinitel objemové roztažnosti plynů γ K–1
součinitel prostupu tepla k W.m–2.K–1
součinitel přestupu tepla α W.m–2.K–1
součinitel rychlostní φ 1
součinitel sálavosti C W.m–2.K–4
součinitel tepelné vodivosti λ W.m–1.K–1
spád adiabatický h J.kg–1
suchost mokré páry x 1
teplo Q J
teplo měrné q J.kg–1
teplo odvedené qod J.kg–1
teplo přivedené qpř J.kg–1
teplo skupenské L J
teplo skupenské tání měrné lt J.kg–1
teplo skupenské výparné měrné lv J.kg–1
teplota t ℃
teplota absolutní T K
teplota mokré páry tx ℃
teplota přehřáté páry tp ℃
teplota syté páry t'' ℃
teplota vroucí kapaliny t' ℃
tíha G N
tlak barometrický pb Pa
tlak indikátorový pind Pa
tlak kritický pkr Pa
tlak syté páry p‘‘ Pa
tok tepelný Qτ W
účinnost η 1, %
účinnost dopravní ηd 1, %
účinnost objemová ηv 1, %
účinnost tepelná ηt 1, %
vlhkost absolutní ςp kg.m–3
vlhkost měrná x kg.kg–1
vlhkost relativní φ 1, %
výkon P W, kW
výkon přivedený (příkon) Pp W, kW
zrychlení a m.s–2
zrychlení dostředivé an m.s–2
zrychlení tíhové g m.s–2
Název veličiny Značka Jednotka
Název veličiny Značka Jednotka
