Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Strojní mechanika TERMOMECHANIKA Autor: Ing. Jaroslav Kolář Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Vyškov, Sochorova 15 Vyškov 2011 - 2012 Tento.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Strojní mechanika TERMOMECHANIKA Autor: Ing. Jaroslav Kolář Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Vyškov, Sochorova 15 Vyškov 2011 - 2012 Tento."— Transkript prezentace:

1 Strojní mechanika TERMOMECHANIKA Autor: Ing. Jaroslav Kolář Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Vyškov, Sochorova 15 Vyškov Tento materiál vznikl v rámci projektu Interaktivní výuka odborných předmětů a matematiky na středních školách stavebního a strojírenského zaměření dle Školního vzdělávacího programu (reg. č. projektu CZ.1.07/1.1.02/ ) Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.

2 Termomechanika je věda o teple. Zabývá se přeměnou tepelné energie na jiný druh energie. Zabývá se vznikem a přenosem tepla. Dále změnou vlastností látek přiváděním nebo odváděním tepla. Termomechaniku dělíme na:  termokinetiku – vznik a sdílení tepla  termodynamiku – přeměna tepelných stavů a tepelné energie soustav (plynů a par). Termomechanická soustava je teplonosné medium – pevná, kapalná i plynná látka.

3 Pro prostudování této části mechaniky budeme schopni řešit problémy, spojené s navrhováním prvků, mechanismů a celých zařízení na stlačování, ohřívání a ochlazování plynů a par. Důležité bude řešit také problémy spojené s přenosem tepla ve strojích.

4 Charakterizuje tepelný stav soustavy a její schopnost přenášet teplo. Je mírou pohybu elementárních částí (atomů a molekul) látky. Teplota se měří v celsiových stupních °C nebo v kelvinech K T [K] t [°C] , ,15373,15

5 Druh energie, která je dána pohybovou energií molekul látky. Teplo se značí Q. Jednotkou tepla je joule [J] Teplo přechází vždy z látek teplejších na látky chladnější.

6 Množství tepla Q, které je potřeba k ohřátí látky o hmotnosti m [kg] z teploty T 1 [K] na teplotu T 2 [K] se vypočítá ze vztahu: Q = m. c. (T 2 – T 1 ) = m. c.  T [J] c – měrná tepelná kapacita [J. kg -1. K -1 ] Q < 0 – teplo látce odebíráme Q > 0 – teplo látce přívádíme

7 Množství tepla, které je potřeba k ohřátí látky o hmotnosti 1kg o 1K (o 1°C). Měrná tepelná kapacita má u tuhých látek konstantní hodnotu. U plynů závisí měrná tepelná kapacita na tom, zda přenos tepla probíhá za stálého objemu c v nebo tlaku c p. Hodnoty najdeme v tabulkách.

8 Stav plynu určují stavové veličiny: objem V [m 3 ], teplota T [K nebo °C] a tlak p [Pa]. Objem plynu a jeho množství lze určit pomocí těchto veličin: Objem V [m 3 ] Měrný objem v [m 3. kg -1 ] Hustota  [kg. m -3 ] m V = m. v = 

9 p. v = r. Tp. V = m. r. T r – měrná plynová konstanta [J. kg -1. K -1 ] Při tepelné analýze plynů musíme popsat počáteční a konečný stav pomocí dvou stavových rovnic: p 1. V 1 = m. r. T 1 - první sledovaný stav p 2. V 2 = m. r. T 2 - druhý sledovaný stav r je práce 1 kg plynu, vykonaná v důsledku změny teploty o 1K (o 1°C).

10 Změna stavu znamená změnu stavových veličin. Například při stlačování plynu dochází ke zmenšování objemu a současně se zvyšuje tlak i teplota. Vratná změna stavu znamená změnu stavových veličin beze ztrát. Například když se při zmenšení objemu zvýší tlak, potom při zpětném procesu při zvětšení objemu na původní hodnotu se tlak opět sníží na počáteční hodnotu. U reálných plynů dochází při změnách ke ztrátám, takže při zpětných procesech nedosáhnou stavové veličiny původních hodnot = nevratná změna. Některé změny skutečných plynů se však blíží vratným změnám. Průběh změn znázorňujeme v tzv. p-V diagramech.

11 Charlesův zákon – určuje vztah mezi změnou tlaku plynu a změnou jeho teploty, jestliže změna probíhá za stálého objemu. Takové změny nastávají při zahřívání nebo ochlazování plynu v uzavřené nádobě (např. v kompresním prostoru spalovacího motoru při hoření paliva). Množství tepla Q, které je nutné plynu přivést nebo odvést pro změnu teploty při izochorické změně určíme ze vztahu: p 1. V = m. r. T 1 p 2. V = m. r. T 2 T1T1 T2T2 p1p1 p2p2 = podělením rovnic a vykrácením: Q = m. c v. (T 2 – T 1 ) [J]

12 Ohříváme-li plyn v uzavřené nádobě stálého objemu, zvětšuje se jeho tlak i teplota. Ochlazujeme-li plyn, snižuje se jeho tlak i teplota V V1V1 p1p1 =V 2 =V p p2p2 V=konst. p2p2 T2T2 p1p1 T1T1  QQ 1 2 V V1V1 p2p2 =V 2 =V p p1p1 V=konst. p2p2 T2T2 p1p1 T1T1  QQ 2 1

13 Gay-Lussacův zákon – určuje vztah mezi změnou objemu plynu a změnou jeho teploty, jestliže změna probíhá za stálého tlaku. Takové změny nastávají při zahřívání nebo ochlazování plynu ve válci s pístem, který na plyn působí stále stejným tlakem (např. plynojem). Množství tepla Q, které je nutné plynu přivést nebo odvést pro změnu teploty při izobarické změně určíme ze vztahu: p. V 1 = m. r. T 1 p. V 2 = m. r. T 2 T1T1 T2T2 V1V1 V2V2 = podělením rovnic a vykrácením: Q = m. c p. (T 2 – T 1 ) [J]

14 Ohříváme-li plyn ve válci s volným pístem konstantní tíhy, zvětšuje se jeho objem i teplota. Ochlazujeme-li plyn, snižuje se jeho objem i teplota. V V1V1 p1p1 V2V2 p2p2 p=konst. V2V2 T2T2 V1V1 T1T1  QQ 12 V V2V2 V1V1 p=konst. QQ V2V2 T2T2 V1V1 T1T1  12 = p1p1 p2p2 = p p

15 Boyleův zákon – určuje vztah mezi změnou tlaku plynu a změnou jeho objemu, jestliže změna probíhá za stálé teploty. Takové změny nastávají při stlačování nebo zřeďování plynu při současném odvodu nebo přívodu tepla (např. ve válci pístového kompresoru). Množství tepla Q, které je nutné plynu odvést nebo přivést pro změnu za stálé teploty, aby se při změně tlaku z p 1 na p 2, změnil objem z V 1 na V 2 : p 1. V 1 = m. r. T p 2. V 2 = m. r. T porovnáním rovnic: Q = p 1. V 1. ln (V 2 /V 1 ) = m. r. T. ln (p 1 /p 2 ) p 1. V 1 = p 2. V 2  V2V2 V1V1 p1p1 p2p2 =

16 Stlačujeme-li plyn ve válci, zvýší se jeho tlak a sníží objem, přitom válec ochlazujeme. Při zřeďování klesne tlak při zvyšujícím se objemu, válec přitom ohříváme. V V1V1 T=konst. V2V2 p2p2 V1V1 p1p1  QQ 1 V T=konst. QQ V2V2 p2p2 V1V1 p1p1  p p p2p2 p1p1 V2V2 2 V2V2 2 p1p1 p2p2 V1V1 1 F F

17 Rovnice určuje vztah mezi změnou tlaku plynu a změnou jeho objemu, jestliže změna probíhá bez tepelné výměny  Q = 0 J. p 1. V 1  = p 2. V 2  Takové změny nastávají při stlačování nebo zřeďování plynu při současném odvodu nebo přívodu tepla (např. ve válci pístového kompresoru). p 1. V 1 n = p 2. V 2 n

18 V V1V1 Q=0 V2V2 p2p2 V1V1 p1p1  1 p p2p2 p1p1 V2V2 2 F V Q=0 V2V2 p2p2 V1V1 p1p1  p V2V2 2 p1p1 p2p2 V1V1 1 F

19 V V1V1 Q  0 V2V2 p2p2 V1V1 p1p1  1 p p2p2 p1p1 V2V2 2 F V Q0Q0 V2V2 p2p2 V1V1 p1p1 p V2V2 2 p1p1 p2p2 V1V1 1 F

20 V V1V1 1 p p2p2 p1p1 V2V V2V2 V2V2 = V 2

21 Přenos tepla je proces, při kterém teplo přechází z látek teplejších (z vyšší hladiny tepelného potenciálu) na látku chladnější (na nižší hladinu tepelného potenciálu). Druhy přenosu tepla:  Sáláním  Vedením  Prouděním V praxi jde vždy o kombinaci těchto tří základních způsobů

22 Podstatou přenosu tepla sáláním je šíření tepla elektromagnetickými vlnami. Množství tepla Q  J , které vysálá (vyzáří) těleso s povrchem S  m 2  a teplotou T 1  K  do okolí s teplotou T 2  K  za čas t  s , se zjistí ze vztahu: S, T 1 C Q Q Q Q T2T2 C – součinitel sálání  W. m -2. K -4  Q=C. S. t. [( ) 4 – ( ) 4 ] T1T1 100 T2T2

23 Všechna tuhá tělesa vedou teplo. Dobrými vodiči tepla jsou kovy, špatnými vodiči jsou dřevo, sklo, keramika, plasty (izolanty). Množství tepla Q  J , které projde stěnou tloušťky s  m  a plochy S  m 2 , při teplotním spádu  T = T 1 - T 2  K  za čas t  s , se zjistí ze vztahu: S, T 1 S, T 2 – součinitel tepelné vodivosti  W. m -1. K -1  s s Q =. S. t. (T 1 – T 2 ) Q

24 Jde o přestup tepla z proudící tekutiny do stěny nebo naopak. Přenos se zvětšuje s intenzitou proudění tekutiny Množství tepla Q  J , které projde přes plochu S  m 2  za čas t  s , z proudící tekutiny o teplotě T 1  K  do stěny o teplotě T 2  K  nebo ze stěny o teplotě T 1  K  do proudící tekutiny o teplotě T 2  K  se zjistí ze vztahu: S  – součinitel přestupu tepla  W. m -2. K -1  Q = . S. t. (T 1 – T 2 ) Q T1T1 T2T2 PROUDÍCÍ TEKUTINA T1T1 T2T2 Q S

25 s Kombinace přenosu tepla prouděním a vedením. Množství tepla Q  J , které projde stěnou tloušťky s  m  a plochy S  m 2 , při teplotním spádu  T = T 1 - T 2  K , (T 1 – teplota vzduchu na teplejší straně, T 2 na chladnější straně) za čas t  s , se zjistí ze vztahu: S k – součinitel prostupu tepla  W. m -2. K -1  Q = k. S. t. (T 1 – T 2 ) Q2Q2 T1T1 PROUDÍCÍ TEKUTINA T2T2 Q3Q3 S Q1Q1


Stáhnout ppt "Strojní mechanika TERMOMECHANIKA Autor: Ing. Jaroslav Kolář Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Vyškov, Sochorova 15 Vyškov 2011 - 2012 Tento."

Podobné prezentace


Reklamy Google