BILANS ENERGI: E = E + E E -energia doprowadzona do układu; E –przyrost energi układu; E –energia odprowadzona z układu
Układ w stanie ustalonym: charakteryzuja się tym ze ilość energi doprowadzonej w jedno czasu jest równa ilości energi odprowadzonej w tej samej jednostce czasu (np.Silnik samochod)
Termiczne parametry stanu: (ciśnienie, temperatura, obj właściwa)
Termiczne równanie stanu: F(p,T,v)=0
!Gdy układ jest w stanie równowagi – termiczne parametry stanu sa takie same
Zależność gestosci gazu od masy czasteczkowej: >dwa zbiorniki – jednakowa liczba kilomoli
mA=n*MA ρA=mA/V=n*MA/V
mB=n*MB ρB=mB/V=n*MB/V
(V) objetosci takie same
ρA/ ρB=MA/MB
>jeśli gazy doskonałe są pod tym samym ciśnieniem i tej samej temp, to iloraz ich mas cząsteczkowych jest proporcjonalny do ilorazu ich gęstości
Powietrze – mieszanina 2 gazów: azotu, tlenu Skład mieszaniny można określić za pomocą:
>udziałów kilomolowych zi=ni/n
>udz kilogramowych qi=mi/m
>udz objetosciowych ri=(vi/v) p,T=const
Prawo Daltona – każdy ze składników mieszaniny gazowej, zachowuje się jakby sam znajdował się w tej przestrzeni zapełnionej przez roztwór. Każdy ze składników ma swoje ciśnienie cząstkowe, tzw. ciśnienie składnikowe lub udziałowe.
Ciśnienie cząstkowe – ciś bezwzgledne wywołane uderzeniami drobin tylko tego składnika.
Przemiany termodynamiczne:
>wg zmian objętości:
ekspansja – wzrost objętości
kompresja – spadek obj.
izochora – obj stała
>wg zmian ciśnienia:
rozprężanie – spadek ciś
sprężanie – wzrost ciś
izobara – ciśnienie stałe
>wg doskonałości: (odwracalne,nieodwracalne)
zamknięte – czynnik nie wypływa i nie dopływa
otwarte – czynnik dopływa i wypływa
!Wzrostowi objętości czynnika towarzyszy spadek ciśnienia i odwrotnie.
Obieg – szereg kolejnych przemian czynnika termodynamicznego, po których osiąga on stan początkowy. Czynniki wracają do tych samych wartości co na początku. Obieg siłowni parowej:
Od1do2 – przem adiabatyczna (rozprężanie)
Od2do3 – skroplenie pary w kondensatorze (izobara)
Od3do4 – przepompowanie wody z powrotem do kotła (izochora)
Od4do1 – przemiana izobaryczna
ENTROPIA-by obliczyć entropie należy:
>ilość ciepła podzielić przez temperaturę, przy której energia była dostarczona
>jeśli jakieś źródło oddaje ciepło, to jego entropia się zmniejsza
∆Sźr = - Qźr/Tźr
Qźr – ciepło utracone
Tźr – temperatura źródła ciepła
>jeśli w przemianie występuje tarcie, należy dodać ilość ciepła pochłoniętego przez tarcie:
ds.= dQ + dQt/T = dQc/T
ds = dqc/T
ds = du + pdv/T du = Cv dT
ds = di – vdp/T di = Cp dT
gdy:
Entropia=0 zjawisko odwracalne
Entropia>1 obiekt jest możliwy doWykonania
Entropia<1 obiekt nie będzie działać
Za pomocą entropi możemy obliczyć całkowite ciepło pobrane przez czynnik termodynamiczny.
PARA WODNA I JEJ PRZEMIANY
Gaz – substancja, w warunkach niezbyt wysokiego ciśnienia zachowuje się w przybliżeniu jak gaz doskonały.
Gaz przechodzi w parę i zmienia stan skupienia
Para – substancja lotna na pograniczu stanu skupienia.
Para wodna w powietrzu wystepuje w 3 stanach:
>nasycona mokra
>nasycona sucha
>przegrzana
Objetość właściwa w punkcie nasycenia:
V” = 1,946 m3/kg
Przy wyższym ciśnieniu para nie zmienia już swojej objętości tak, jak przy ciśnieniu normalnym 0,1Mpa.
Zjawisko powstania pary wodnej wiąże się z doprowadzeniem ciepła.
Ciepło parowania (r)- ilość ciepła, jaka trzeba doprowadzić do 1kg cieczy, aby przy stałym ciśnieniu i w stałej temperaturze otrzymać z niej 1kg pary wodnej.
r = i” – i’ i”- entalpia na końcu procesu
i’- entalpia na początku procesu
r = T*(s”-s’) s”- entalpia na końcu procesu
s’- entalpia na początku procesu
Para nasycona mokra (wilgotna)- między krzywą x=0, a x=1
Stopień suchości (x)- określa zawartość pary nasyconej suchej w 1kg pary wilgotnej i stosujemy go w celu określenia pary nasyconej mokrej: x = mp/m [kg/kg]
Objętość całkowita pary wilgotnej:
V = Vp+Vc Vp- objętość pary
Vc- objętość cieczy
Objętość pary suchej: Vp = v” * mp
v”- objętość właściwa; mp- masa pary
Objętość cieczy: Vc = mc * v’
mc- masa cieczy
v’- objętość właściwa cieczy wrzącej(1000C)
V/m=v” *(mp/m) + v’ *(mc/m)
m- masa mieszaniny
mc = m – mp V/m=v – objętość właściwa
Objętość właściwa pary wilgotnej:
v = v” *x + v’(1+x)
v = v’ + x(v“-v’)
Energia wewnętrzna właściwa pary wilgotnej:
u = u’ + x(u”-u’)
Entalpia pary wilgotnej:
i = i’ + x(i”-i’)
Entropia pary wilgotnej:
s = s’ + x(s”-s’)
PRZEMIANY TERMODYNAMICZNE:
(pary nasyconej)
>Izochora (p,V);(T,s)
Jednostkowe ciepło przemiany izochorycznej:
q1-2 = u2-u1 (z I zasady termodynamiki)
q1-2 = i2-i1-V(p2-p1) (z II zas termodynamiki)
lt = -V(p2-p1)= V(p1-p2) (praca techniczna)
>Izobara i izoterma (p,V);(T,s)
l1-2 = p(x2-x1)(v”-v’)
lt=0
q1-2 = r (x2-x1) q1-2 = i2-i1
>Adiabata izentropowa-(adiabata odwracalna)
(nie ma wymiany ciepła z otoczeniem)
pVχ = const χ=1,035+0,1x x >0,8
x – stopień suchości
Praca absolutna właściwa:
l1-2 = u1-u2
l1-2 = i1-i2 - (p1*V1 - p2*V2)
Stopień suchości (np. w punkcie 2):
x2 = [s’1-s’2+x1*(r1/T1)] /(r2/T2)
Powietrze wilgotne – mieszanina pary wodnej i powietrza suchego
Gaz doskonały – nie ma stałego ciepła właściwego w porównaniu z gazem doskonałym
Ciśnienie powietrza atmosferycznego:
p = pg + pw
Trzy stany powietrza wilgotnego:
1)zamglone2)nasycone3)nienasycone
1)suche+para wilgotna→(para nasycona sucha+mgła)
2)suche+para mokra, nasycona, sucha
3)suche+para przesączona
Parametry powietrza wilgotnego:
1)Zawartość wilgoci (wilgotność właściwa) – masa wilgoci przypadająca na 1kg powietrza suchego: x = mw/mg [kg/kg]
x = (mw/V)/(mg/V) = ρw/ ρg
pw*(1/ ρw) = Rw*T Rw=461,5 [J/kg*K]
pg*(1/ ρg) = Rg*T Rg=287 [J/kg*K]
g – gaz suchy (powietrze suche)
w – wilgoć
Zależność między zawartością wilgoci, a ciśnieniem cząstkowym:
x =0,622 (pw/p-pw)
Powietrze nie może przyjąć do swojej objętości dowolnej ilości pary, tylko jakąś wartość graniczna.
2)Wilgotność bezwzględna – masa wilgoci do objętości powietrza wilgotnego:
ρw = mw/V [kg/m3]
3)Wilgotność względna – stosunek wilgotności bezwzględnej do wilgotności nasycenia w tej samej temperaturze:
φ= (ρw/ ρ“w)*100%; φ<1, φ=1, φ>1
4)Entalpia – energia, ciepło, które powietrze w sobie niesie: i = ig + x*iw [kJ/kg]
i = Cgp*t + x(r0+Cwp*t)
(pow nasycone suche) (ciepło parowania wody)
r0=2500[kJ/kg];Cwp=1,56;Cgp=1,005[kJ/kg*K]
i = t + x(2500+1,56t)
5)Zastępcza masa cząsteczkowa:
M = Mg*rg + Mw*rw, rw=pw/p, rg=(p-pw)/p
r – udział objętościowy o mieszaninie
p – ciśnienie powietrza wilgotnego
Mg=28,95 Mw=18
M = Mg[1-(pw/p)]+Mw*(pw/p)
M=28,95[1-(pw/p)]+18(pw/p)=28,95-10,95pw/p
6)Zastępcza stała gazowa:
R = Rg*gg + Rw*gw
g - udział masowy w mieszaninie
R = (MR)/M=8314/[28,95-10,95*(pw/p)]
7)Gęstość powietrza wilgotnego:
ρ = (mg+mw)/V ; ρ=[pg/(Rg*T)]*(1+x)
SPALANIE (utlenianie)
Paliwa naturalne – zgromadzona w jednym miejscu energia słońca przez setki tysięcy lat (np. gaz ziemny)
Paliwa załamują równowagę ekologiczna atmosfery; powodują zapylenie;
6 t/km^2 na rok→zapylenie
10 t/km^2 na rok→zasiarczenie
Za jednos paliwa stałego przyjmuje się 1kg paliwa wilgotnego w stanie surowym.
Stopień zwilżania:
Xz=nH2O/ng= pH2O/(p- pH2O)
p – ciśnienie gazu wilgotnego
pH2O – ciśnienie pary wodnej
Spalanie – reakcja chemiczna polegająca na szybkim łączeniu cząstek tlenem przy równoczesnym wydzielaniu dużych ilości ciepła.
Reakcja spalania→ (paliwa + powietrze)↓ substraty (‘)
Np. n’CO2 – ilość moli CO2 jako substrat
Ze spalania mamy produkty.
Produkty spalania→ substancja palna + balast
↓ ↓
[pierw,gazy ulegające spaleniu] [subst. nie biorące czynnego udziału w reakcji spalania (popiół, wilgoć, gazy obojętne: azot, hel, CO2, para wodna)]
Drewno świeżo ścięte ma 70-80% wilgoci. Drewno do spalania powinno mieć ok.20% wilgoci.
Skład paliw: a)paliwa stałe(udz. gramowe)
c + h + s + o + n + w + p = 1kg
w-wilgoć; p-popiół
Jeśli powietrze wzbogacone jest tlenem to:
na min = (1/Zt)* no min
Zt – udział molowy tlenu w powietrzu rozbogaconym
Współczynnik nadmiaru powietrza:
λ = n’a/ na min
n’a- teoretyczna wartość tlenu dostarczona do powietrza
na min- minimalna wartość
λ- zależy od gatunku i asortymentu paliwa i gdzie to paliwo spalamy
λ: 1,3÷2,0 paliwa stałe
1,05÷1,2 paliwa gazowe
1,1÷1,4 paliwa ciekłe
SPALINY – ilość i ich skład:
Spaliny (gazy spalinowe) – to gazy wilgotne
Oznaczenie: np.
[CO2]=14% (udział objętościowy spalin)
(CO2)=14% (udział kilomolowy spalin)
Teoretyczny udział CO2:
[CO2] = n”CO2 / n”ss = kmax
ss – ilość kilomoli spalin suchych
kmax=21% (przy spalaniu czystego węgla)
kmax=34,7% (przy spalaniu tlenku węgla)
kmax= 0 (przy spalaniu wodoru)
kmax– służy do kontrolowania współczynnika λ
λ ≈ kmax/[CO2]
Ciepło spalania – ilość ciepła potrzebna w normalnych warunkach(0°Cp=0,1Mpa) uzyskujemy ja przy spalaniu 1kg paliwa (lub kilomola)w suchym powietrzu lub tlenie, gdy spełnione są warunki:
>spalanie jest zupełne i całkowite
>produkty spalania zostają ochłodzone do temperatury początkowej substratów
>cała wilgoć zawarta w spalinach ulega skropleniu
Wartość opałowa – ilość ciepła, którą uzyskujemy przy spalaniu 1kg paliwa(lub kilomola)w suchym powietrzu lub tlenie, gdy spełnione są warunki:
>produkty spalania są ochłodzone do temperatury początkowej substratów
>cała wilgoć zawarta w spalinach pozostaje w postaci pary
Wg= Wd+r*f ; f= 9h+w [kgH2O/kg paliwa]
r – ciepło parowania wody
f – liczba kg wody w spalinach
Wg/Wd = 1,11*100 = 111%
Prawo FOURIERA:
q = - λ*∇T= -λ*(δT/ δx+ δT/ δy+ δT/ δz)
∇-(operator wektorowy Nobla)- różniczkowy rozkład ciepła wzdłuż każdej osi układu współrz.
q = - λ*(dT/dx)→ λ = - q/(dT/dx)
q – strumień ciepła
λ – charakterystyczny dla wszystkich ciał fizycznych; przewodność cieplna
λ=ok. 400[W/m*K]dla srebra (naj. przewodnik)
Przenikanie ciepła – składa się z 3 zjawisk:
1)wnikanie do przegrody
2)przewodzenie
3)wnikanie z przegrody do płynu omywającego przegrodę z zewnątrz
Prawo FOURIERA na strumień ciepła:
q = - λ * dT/dx
Q = F* [(t1-t4) / (1/α1+d/λ+1/α2)]
Q – przewodzenie
Przenikanie nie zależy od temperatur pośrednich, tylko od temperatur zewnętrznych i wewnętrznych.
Opór cieplny warstwy jednorodnej:
R = 1/α1 + d/λ + 1/α2
Opór wnikania od wewnątrz: Rsi=1/α1
Opór wnikania od zewnątrz: Rse=1/α2
Opór ścianki cylindrycznej:
Rλ= (1/2πl*λ)*ln r2/r1
Wymiana ciepła w drodze promieniowania:
ρsłońca = 1410 [kg/m^3]
ρziemi = ok. 5000 [kg/m^3]
Słońce zbudowane jest z:
>72% wodoru
>26% helu
>reszta – inne pierwiastki
Światło widzialne: 0,35-0,75μm
Kwant – przyrost energi następuje skokowo; jest proporcjonalny do częstotliwości
Stała Plancka=h=6,6*10-34 [J*s]
Energia fotonu = 3*10-19 [J]
Składowe strumienia oddziaływania promien słonecznego na materię:
a)w mech prostym(bez wewnętrznych odbić)
b)w mech złożonym(z wewnętrzn odbiciami)
Emisja własna E i gęstość emisji własnej e=E/A- wyrażona w watach na metr kwadratowy, są strumieniami energi emitowanymi wyłącznie na skutek stanu energetycznego danego ciała, w których nie ma udziału promieniowanie odbite od innych ciał.
Jasność powierzchn H i gęstość jasności h=H/A- są strumieniami energi, bedącymi sumą emisji własnej danej powierzchni oraz emisji z tej powierzchni promieniowania odbitego od innych ciał. p=0 , a+r=1
a – absorbcyjność; funkcje długości fail a=f(λ)
...
krzysztof0001