toplotna tehnika

Download TOPLOTNA TEHNIKA

Post on 10-Jul-2015

1.615 views

Category:

Documents

7 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

UVOD Literatura 1. Recknagel/Sprenger PRIRUNIK ZA GREJANJE I KLIMATIZACIJU Graevinska knjiga, Beograd 1982.god. 2.Bogner M., antrak S., iri S., Deklodi ., TERMODINAMIKA, Nauna knjiga, Beograd 1987.god. 3. Pavlovi T., abri B., FIZIKA I MEHANIKA SOLARNE ENERGETIKE, Graevinska knjiga, Beograd 1999.god. 4. .Kozi TEMODINAMIKA /inenjerski aspekt/ Mainski u fakultet Beogradu, 2007. Napomene 1. Student je obavezan da prisustvuje najmanje 60% asova predavanja i 80% asova vebi da bi ostvario 2x5= 10 poena. 2. Student treba da uradi i odbrani kolokvijum da bi ostvario 10 poena. 3. Student treba da odbrani dva projektna zadatka da bi dobio 15 poena. 4. Student treba da odbrani elaborat da bi dobio 10 poena. 5. Aktivno uee na laboratorijskim vebama donosi 5 poena. Minimum poena za izlazak na zavrni ispit je 30 poena.

O PREDMETU U osnovi ovog predmeta nalazi se termodinamika. Termodinamika je nauka sa vrstim osnovama, preciznim pojmovima i jasnim granicama. Principi termodinamike bacaju svetlost na sve prirodne pojave D. Maksvel Poznato nam je iz iskustva da se u prirodi jedan vid energije moe pretvoriti u drugi, naprimer:1

-potencijalna energija nekog tela u kinetiku ( padanjem ), -hemijska energija u mehaniku ( u motorima SUS), -elektrina u mehaniki rad ( u elektromotorima ). Prouavanje i istraivanje svojstava energije i zakona uzajamnog pretvaranja razliitih oblika energije predmet je termodinamike. Naziv termodinamika potie od grkih rei : termos-topao i dinamic- sila. Dakle moe se rei da je termodinamika u optem smislu nauka o energiji. Osnove termodinamike postavio je francuski vojni inenjer Sandi Karno, ija je osnovna ideja da toplotni motor ostvaruje mehaniki rad zahvaljujui prostiranju toplote od toplijeg ka hladnijem telu. Drugim reima toplota se moe iskoristiti ako pored toplog postoji i hladnije telo, u smislu da se razlika temperatura koristi za mehaniki rad ( isto kao to se koristi pad vode sa vieg na nii nivo ili protok elektrine energije od vieg ka niem potencijalu). Razvoju termodinamike znaajan doprinos dali su i mnogi drugi istraivai, tako da danas zahvaljujui svojoj univerzalnosti i jednostavnim metodama termodinamika je postala osnova termoenergetike i termotehnike. Tehnika termodinamika, koja nas posebno interesuje, izuava procese uzajamnog pretvaranja toplote u mehaniki rad, objanjavajui teorijske postavke i principe rada toplotnih maina: motora sa unutranjim sagorevanjem parnih i gasnih turbina, gasnih reaktivnih motora, kompresora, rashladnih maina i drugo Termodinamika je eksperimentalna i empirijska nauka zasnovana zakonima ili principima. Ona prouava makroskopske pojave, uzajamna dejstvainterakcije i veliine ( energiju, toplotu, rad, pritisak, temperaturu ) ne ulazei u molekularnu i atomsku strukturu materije. Energija Poznato je da je materija u neprekidnom kretanju. To kretanje moe da bude vidljivo ( kretanje reke ili vazdunim masa, automobila ) ili nevidljivo ( kretanje molekula ili elektrona ili elektromagnetnih talasa). S obzirom na

2

svoju fiziku sutinu kretanje se javlja u vie razliitih oblika : mehaniko, toplotno, elektrino, magnetno, hemijsko, nuklearno i dr. U tehnikoj praksi se esto koristi sposobnost da jedan oblik kretanja materije moe da pree u drugi oblik kretanja materije na primer: mehaniko kretanje prelazi u toplotno pri trenju ili obrnuto, toplotno kretanje u mehaniki rad kod toplotnih motora, u hidrocentralama mehaniko kretanje, pretvara se u elektrino, i obrnuto, elektrino kretanje u mehaniko kretanje u elektromotorima. Da bi se prelazak jednog oblika kretanja materije u drugi odredio i koliinom, definie se mera kretanja, koliinski jednaka za sve oblike kretanja. Ta opta, univerzalna mera kretanja materije naziva se energija. Da bi se objasnilo toplotno kretanje, moramo nakratko da razmotrimo i taj nevidljivi svet mikroestica. Sve materije se mogu nai u tri agregatna stanja: vrsto, teno i gasovito. Tri stanja iste supstance razlikuju se samo po uzajamnom dejstvu molekula. U vrstom telu molekuli su stalno u istom poloaju. Toplotno kretanje se ovde ogleda smo u neprekidnom oscilovanju molekula oko ravnotee. Teno stanje karakteriu molekuli koji su u neprekidnom haotinom toplotnom kretanju , ali nemaju punu slobodu stenjeni su uvek istim susednim molekulima. Gasovito stanje je primer potpunog nereda u meusobnom poloaju i kretanju molekula. Uostalom i re gas potie od grke rei haos to znai nered. Osnovna odlika molekula je brojnost i minijaturnost. Naprimer u jednom kubnom centimetru vazduha ima oko 25 x 1000000000000000000 molekula, a kako je rastojanje izmeu molekula deset puta vee od molekula, mogu da se naslute njihove siune dimenzije. Oni se u svom haotinom kretanju ( koji podsea na uznemireni roj pela) meusobno privlae i odbijaju, udaraju o zidove prepreke (suda) i nastavljaju kretanje. Tom prilikom izmeu molekula dolazi do intezivne razmene energije: molekuli vee brzine predaju deo energije molekullima sa manjom brzinom. Zbir energija mikroestica tela ini unutranju energiju ( U ) tela. Ona se sastoji iz energije translatornog i obrtnog kretanja molekula, energije oscilatprnog kretanja atoma unutar molekula, potencijalne energije usled dejstva meumolekularnih sila, energije unutaratomskog dejstva itd.

3

Spoljnjim uticajima ( zagrevanjem ili hlaenjem ) unutranja energija moe da se povea ili smanji. Meutim samo kretanjem tela kao celine njegova unutranja energija se ne menja. Kada se telo kree ( u makrorazmerama ), ima odreenu kinetiku energiju ( Ek), a kada se nalazi u polju odgovarajuih sila ( gravitacionih, elastinih ) ima i potencijalnu ( Ep), pa je ukupna energija tela E = U + Ek +Ep Osnovni izvor energije na Zemlji je energija Sunevog zraenja, bilo u direktnom obliku ( solarna energija ) ili u indirektnom, kao energija vodenih tokova (beli ugalj), vetra, nafte uglja, treseta, drveta, biomase, prirodnog gasa, termalna i ostale. Oko tri etvrtine energije koja se danas troi dobija se sagorevanjem goriva. Medutim, zalihe prirodnih goriva su ograniene, te se sve vea panja poklanja racionalnoj eksploataciji postojeih izvora energije, usavravanjem toplotnih motora a naroito istraivanju novih oblika energije. Termodinamiki sistem Ako elimo da prouimo neku pojavu, potrebno je da uoiti deo prostora na kome e se pojava pratiti i razmatrati. Pod termodinamikim sistemom smatramo ogranieni deo prostora koji je u uzajamnoj vezi sa spoljnom sredinom. U tehnikoj termodinamiki sistem se najee svodi na telo pomou koga se toplota pretvara u mehaniki rad ili obrnuto ( produkti sagorevanja u cilindru motora) pa se takav termodinamiki sistem naziva i - radno telo. Sve to okruuje termodinamiki sistem naziva se okolna sredina. Vrlo esto se termodanamiki sistem i okolna sredina nazivaju sistem i okolina. Sistem je od okoline odvojen granicom sistema, koja moe biti realna i zamiljena. Izmeu sistema i okoline postoji uzajamni uticaj, koji se ogleda u moguoj razmeni mase i energije izmeu mase i okoline. Razlikujemo: -otvoreni sistemi, -zatvoreni , i -izolovani sistemi.

4

Otvoreni sistemi sa svojom okolinom razmenjuju masu ( supstancu ) i energiju. Primer otvorenog sistema je izmenjiva toplote ( vidi sledeu sliku), u kome se strujanjem dva fluida 1 i 2 razliitih temperatura ostvaruje i protok mase i razmena energije izmeu fluida, odnosno fluida i okoline ( pod pojmom fluid podrazumevamo zajedniki naziv za tenosti i gasove). Zatvoreni sistem se odlikuje stalnom koliinom supstance. Kroz granice ovog sistema nema razmene mase, ali je mogua razmena energije sistema sa okolinom. Primer za ovu vrstu sistema je cilindar klipnih maina, kada su ventili zatvoreni, klip se pomera , menja se zapremina i granice sistema. Tom prilikom masa ostaje ista pri emu se vri razmena energije sa okolinom.

Kod izolovanog sistema koji u suutini u prirodi ne postoji, nema protoka mase niti se vri razmena energije. Termos boca , kod koje se razmena toplote spreava posebnim posrebrenim zidovima izmeu kojih je izvuen vazduh, moe u dobroj meri da predstavlja izolovan sistem. Pri prouavanju jednog sistema, fizike veliine i hemijski sastav u svim takama sistema mogu da budu isti. Takav sistem je h o m o g e n. Obrnuto, h e t e r o g e n sistem se sastoji od vie homogenih delova faza. Na granicama faza svojstva sistema se naglo menjaju. Voda koja kljua u zatvorenom sudu predstavlja primer heterogenog sistema, jer se sastiji od dve faze: tene i gasovite.

5

Veliine ( parameri ) stanja Jedan isti sistem u zavisnosti od spoljnih uslova moe biti u razliitim stanjima, to jest moe imati razliita fizika svojstva. Naprimer, zagrevanjem ili hlaenjem gasa u cilindru sa nepokretnim klipom menja se pritisak i temperatura, a pri kretanju klipa menja se i zapremina. Svako od tih stanja je odreeno veliinama makroskopske prirode koje se nazivaju veliine stanja. U termodinamici se za osnovne veliine stanja smatraju: pritisak, zapremina i temperatura , jer se ove veliine jednostavno mere i imaju oigledan fiziki smisao.

Specifina zapremina . Molarne veliine stanja U tehnikoj termodinamici radno telo je najee gas, koji nema svoju zapreminu ve uvek zauzima zapreminu suda u kome se nalazi. Meutim zapremina koju zauzima jedinica mase je tano odreena i naziva se s p e c i f i n a z a p r e m i n a. v=V/m m3/kg

Gde je : V, ( m3 ) -ukupna zapremina radnog tela odreena zauzetim prostorom, M , ( kg ) -njegova masa. Gustina radnog tela predstavlja masu jedinine zapremine, pa je reciprona specifinoj zapremini. r = m/V = 1/v , Kg/m3

Zapremina moe da se svede ne samo na jedinicu mase ve i na jedinicu koliine radnog tela. K o l i i n a s u p s t a c e predstavlja fiziku veliinu definisanu brojem strukturnih elemenata (atoma, molekula, elektrona, jona ). Jedinica za koliinu materije u meunarodnom sistemu jedinica (SI ) jeste 1 mol ( jedan mol ), mada se u praksi ee koristi hiljadu puta vea jedinica - k mol.

6

Jedan ''mol'' je koliina sup

Recommended

View more >