Termodynamika 2- Materiały do ćwiczeń
Ćwiczenia nr 1.
Przewodzenie ciepła przez przegrody płaskie i cylindryczne
Materiał (wg podręcznika „Wybrane zagadnienia z techniki cieplnej”, Danuta Werszko, skrypt PWr.) Rodział 2.4. Prawo Fouriera (str. 11)
Rodział 4.4.1. Ustalone przewodzenie ciepła przez przegrodę płaską. (str.36) Rodział 4.4.2. Ustalone przewodzenie ciepła przez przegrodę cylindryczną. (str.39) Przykładowe zadania: 4.2 i 4.3. (str.67-68)
Ćwiczenia nr 2.
Konwekcja wymuszona
Materiał (wg podręcznika „Wybrane zagadnienia z techniki cieplnej”, Danuta Werszko, skrypt PWr.) Rodział 2.5. Prawo Newtona (str. 12)
Rodział 5.1. Mechanizm zjawisk przejmowania ciepła. (str.71)
Rodział 5.2. Temperatura średnia, temperatura określająca i średnica równoważna. (str.74)
Rodział 5.3. Przejmowanie ciepła przy wymuszonym ruchu płynu (konwekcja wymuszona). (str.76) Rodział 5.3.2. Przejmowanie ciepła przy przepływie burzliwym w rurach o przekroju kołowym i przewodach niekołowych (str.79)
Rodział 5.3.4. Przejmowanie ciepła przy wzdłużnym omywaniu płaskich powierzchni (str.82) Przykładowe zadania: 5.2, 5.3, 5.4 (str. 108-110)
Na zajęciach potrzebne będą:
Wzory do obliczeń (dostępne na kolokwium) – poniżej!
Tabele własności fizycznych powietrza suchego i wody (podręcznik, str. 275-276) – poniżej!
Ćwiczenia nr 3.
Konwekcja swobodna
Materiał (wg podręcznika „Wybrane zagadnienia z techniki cieplnej”, Danuta Werszko, skrypt PWr.) Rodział 5.4. Przejmowanie ciepła przy swobodnym ruchu płynu (konwekcja swobodna). (str.92) Rodział 5.4.1. Konwekcja swobodna w przestrzeni nieograniczonej. (str.93)
Rodział 5.4.1. Konwekcja swobodna w przestrzeni zamkniętej. (str.95) Przykładowe zadania: 5.8÷5.9. (str.114-115)
Na zajęciach potrzebne będą:
Wzory do obliczeń (dostępne na kolokwium) – poniżej!
Tabele własności fizycznych powietrza suchego i wody (podręcznik, str. 275-276) (poniżej!) Ćwiczenia nr 4.
Przenikanie ciepła
Materiał (wg podręcznika „Wybrane zagadnienia z techniki cieplnej”, Danuta Werszko, skrypt PWr.) Rodział 6.1. Ustalone przenikanie ciepła przez przegrodę płaską i cylindryczną. (str.118)
Rodział 4.4.2. Ustalone przewodzenie ciepła przez przegrodę cylindryczną. (str.39) Rodział 8.1. Bilans cieplny wymiennika ciepła (str.167)
Rodział 8.2. Wyznaczanie średniej różnicy temperatur czynników w wymiennikach ciepła (str.171) Przykładowe zadania: 6.1 i 6.2. (str.139-141); 8.1 (str.187)
Ćwiczenia nr 5.
Powietrze wilgotne – podstawowe własności
Materiał (wg podręcznika „Teoria systemów cieplnych. Termodynamika”, Danuta Werszko, skrypt PWr.)
Rodział 6.1. Podstawowe pojęcia powietrza wilgotnego (str. 165) Rodział 6.2. Wykresy powietrza wilgotnego (str. 173)
Przykładowe zadania: 6.1÷6.4 (str. 199-200) Na zajęciach potrzebne będą:
Wzory do obliczeń (dostępne na kolokwium) – poniżej!
Tablice właściwości pary wodnej (poniżej!) Ćwiczenia nr 6.
Powietrze wilgotne – podstawowe przemiany termodynamiczne
Materiał (wg podręcznika „Teoria systemów cieplnych. Termodynamika”, Danuta Werszko, skrypt PWr.)
Rodział 6.3. Typowe przemiany powietrza wilgotnego (str. 182) Przykładowe zadania: 6.5÷6.6 (str. 201-204)
Na zajęciach potrzebne będą:
Wzory do obliczeń (dostępne na kolokwium) – poniżej!
Tablice właściwości pary wodnej (poniżej!)
Ćwiczenia nr 7.
KOLOKWIUM ZALICZENIOWE
Na kolokwium do rozwiązania będą 4 zadania. Zaliczenie wymaga rozwiązania 2 zadań.
Konieczna jest znajomość zasad stosowania wzorów na konwekcję (dostępnych na kartce), odnośnie:
przyjmowanej temperatury płynu, prędkości płynu i charakterystycznego wymiaru liniowego dla danego przypadku konwekcji.
Schemat przedstawiania rozwiązania zadania:
Dane; Szukane;
Wzór = (przekształcenie wzoru) = podstawienie danych (w odpowiednich jednostkach!) =
= wynik [JEDNOSTKA!]
Na kolokwium należy przynieść:
- kalkulator (NIE MOŻNA KORZYSTAĆ z telefonu komórkowego!) - tablice własności fizycznych wody i powietrza,
- wzory (dostępne na kolokwium) - tablice właściwości pary wodnej
(Wymienione materiały są dostępne na końcu niniejszego opracowania )
Wzory, których znajomość wymagana jest na kolokwium:
1. Przewodzenie ciepła :
- ściana płaska:
n
i i
i n p
p t
F t Q
1 ) 1 ( ) 1 (
- ściana cylindryczna:
n
i i
i i
n p p
d d t L t
Q
1
1 ) 1 ( ) 1 (
2 ln 1
2. Prawo Newtona: QFttp
3. Liczba Reynoldsa:
vL v L Re
(L-charakterystyczny wymiar liniowy! (np. L=dwew lub L=dzast ) 4. Średnica zastępcza (równoważna): 4 ;
U
dzast A A-pole przepływu, U-obwód zwilżony
5. Obliczanie współczynnika
α
na podstawie liczby Nusselta: L Nu
(L-charakterystyczny wymiar liniowy!)
6. Obliczanie prędkości średniej w przewodzie: A
q A qV m v
7. Przenikanie ciepła :
- ściana płaska:
1 2
1 2
1
2 1
1
1 t t F k t t
F
Q
ni i
i
- ściana cylindryczna:
1 2
1 2 1
1 1
1
2 1
ln 1 2
1
1 L k t t
d d
d d
t L t
Q
Ln
i i n
i i
* Przenikanie ciepła dla wymiennika ciepła:
1' 1"
2 2
2" 2'
1 1
log
log L k t q c t t q c t t
t k
F
Q L m p m p
8. Obliczanie logarytmicznej różnicy temperatur (przeciwprąd, współprąd):
p k
p k
t t
t t t
log
Wzory (dostępne na kolokwium):
KONWEKCJA WYMUSZONA:
- przepływ laminarny wewnątrz przewodu (dla Re<2000)
25 , 0 43
, 0 33 , 0
Pr Pr Pr
Re 15 ,
0
p
Nu
- przepływ przejściowy wewnątrz przewodu (dla 2000<Re<104)
5 , 0 24 ,
1 Pr
Re 00069 ,
0
Nu
- przepływ turbulentny wewnątrz przewodu (dla Re>104)
25 , 0 43
, 0 8 , 0
Pr Pr Pr
Re 021 ,
0
p
Nu
- wzdłużne omywanie płaskiej powierzchni:
dla laminarnej warstwy przyściennej (Re<4104):
25 , 0 43
, 0 5 , 0
Pr Pr Pr Re 66 ,
0
p
Nu dla turbulentnej warstwy przyściennej (Re>4104):
25 , 0 4
, 0 8 , 0
Pr Pr Pr Re 037 ,
0
p
Nu
KONWEKCJA SWOBODNA:
- konwekcja w przestrzeni nieograniczonej:
Nu=C (GrPr)
n(GrPr) C n
2 3
t L Gr g
110-35102 1,18 0,125
51022107 0,54 0,25
210711013 0,135 0,333
*temperatura określająca= temp. warstwy przyściennnej twp=(tp+tpłynu)0,5
- konwekcja w przestrzeni zamkniętej:
B Gr
Gr
A n
e
( Pr)
Pr) 1 (
Rodzaj szczeliny kierunek przepływu ciepła A B n
współosiowa, pierścieniowa promieniowy 0,119 1,45104 1,27 płaska, równoległa, pozioma z dołu do góry 0,070 0,32104 1,333
płaska, równoległa, pionowa poziomo 0,0236 1,01104 1,393
płaska, równoległa, pod kątem 45o z dołu do góry 0,043 0,41104 1,36 płaska, równoległa, pod kątem 45o z góry do dołu 0,025 1,30104 1,36
POWIETRZE WILGOTNE:
s s
p p
x 0,622 p kg/kg p.s.
Dla x x”: i1+x= 1,005∙t + x∙(1,93∙t + 2500), kJ/kg p.s.
Dla x > x”: i1+x= 1,005∙t + x”∙(1,93∙t + 2500) + (x – x”)∙4,19∙t, kJ/kg p.s.
Tablice właściwości pary wodnej :
T [oC] P [bar] T [oC] P [bar]
1 0,006566 31 0,044913
2 0,007054 31,5 0,046208
3 0,007575 32 0,047536
4 0,008129 32,5 0,048896
5 0,008718 33 0,040290
6 0,009346 33,5 0,041718
7 0,010012 34 0,053182
8 0,010721 34,5 0,054681
9 0,011473 35 0,056217
10 0,012271 36 0,059401
11 0,013118 37 0,062740
12 0,014015 38 0,066240
13 0,014967 39 0,069907
14 0,015974 40 0,073749
15 0,017041 41 0,077772
15,5 0,017598 42 0,081983
16 0,018170 43 0,086390
16,5 0,018759 44 0,090998
17 0,019364 45 0,095817
17,5 0,019986 46 0,100854
18 0,020626 47 0,10612
18,5 0,021284 48 0,11161
19 0,021960 49 0,11735
19,5 0,022654 50 0,12335
20 0,023368 51 0,12960
20,5 0,024102 52 0,13612
21 0,024855 53 0,14292
21,5 0,025629 54 0,15001
22 0,026424 55 0,15740
22,5 0,027241 56 0,16510
23 0,028079 57 0,17312
23,5 0,028940 58 0,18146
24 0,029824 59 0,19015
24,5 0,030731 60 0,19919
25 0,031663 61 0,20859
25,5 0,032619 62 0,21837
26 0,033600 63 0,22854
26,5 0,034606 64 0,23910
27 0,035639 65 0,25008
27,5 0,036698 66 0,26148
28 0,037785 67 0,27332
28,5 0,038900 68 0,28561
29 0,040043 69 0,29837
29,5 0,041215 70 0,31161
30 0,042417 71 0,32533
30,5 0,043650 72 0,33957
