Műszaki hőtan

ELŐSZÓ A könyv a technikai termodinamika elméleti alapjait tárgyalja, azonkívül az egyes fejezetekben megtalálhatjuk a gázok és a gőzök termodinamikájára vonatkozó kiindulási alapokat. A technikai termodinamika ismertetésében foglalkozunk a kémiai termodinamika, a kémiai reakció kinetikájának és a gázok égéselméletének az ismertetésével. A mellékletekben megtalálhatjuk a gázok fajmelegére vonatkozó Just és Schmidt-féle táblázatokat, azonkívül M. P. Vukalovics tanár által összeállított, lerövidített vízgőztáblázatokat. Az egész tanulmányi anyag felépítése olyan, hogy a gépkocsi szakmai felsőoktatása részére, ahol előirányozták a belsőégésű motorok elméletéről szóló előadást, tökéletesen megfelel. Az utolsó fejezet, "A gázok égéselméletének alapjai" egész sor tudományos megállapítást tartalmaz, melyek a leningrádi Fizika-kémiai Intézet kutatómunkájának az eredményei. Ezt az anyagot azért ismertetjük, hogy egyrészt a hallgatóknak, másrészt a belsőégésű motorokkal foglalkozó üzemmérnököknek segítséget nyújtsunk a gáz-benzin-levegő keverékében végbemenő égési folyamatok gyorsaságára és a láng terjedési sebességére vonatkozó számítások elvégzéséhez. Minden egyes fejezetet, különösen a belsőégésű motorok termodinamikai elméletére vonatkozó részt, kiegészítettük példákkal és különféle feladatokkal. TARTALOM Előszó 4 Bevezetés 5 A termodinamika elméleti alapjai Alapfogalmak és meghatározások 7 A testek termodinamikai állapotát meghatározó jellemzők. Az állapotegyenletek. A termodinamikai felület. Munkafolyamatok és azok különböző alakjai 9 Az energia megmaradásának elve és annak alkalmazása a hőfolyamatoknál. A termodinamika első törvénye 14 A test térfogatváltozásának munkája. A belső energia. Az elemi és a végső munkafolyamatokra, továbbá a körfolyamra vonatkozó első termodinamikai törvény. Az első fajtájú perpetuum mobile lehetetlensége. A folyamatok mechanikai megfordíthatósága 17 A hőmérséklet. A folyamatok termomechanikai megfordíthatósága. A Clausius-féle egyenlet. A Carnot körfolyam. A második fajtájú perpetuum mobile lehetetlensége. A termodinamika második törvénye 24 A Carnot-Clausius-féle első tétel. A hőmérséklet abszolút skálája és az abszolút hőmérséklet. A megfordítható Carnot körfolyaamra és bármilyen más megfordítható körfolyamra vonatkozó termodinamikai második törvény 28 A megfordíható körfolyamra vonatkozó termodinamikai második törvény. Entrópia. A folyamatokna a Ts koordináta-rendszerben való ábrázolása. A Carnot-Clausius-féle második elmélet 35 A nem megfordítható Carnot körfolyamra, bármilyen nem megfordítható körfolyamra és folyamatra vonatkozó termodinamikai második törvény. A test entrópiája 38 Egy elszigetelt rendszer entrópiájának növekedése. Az entrópia fogalmának fizikai értelmezése 41 A termodinamika második törvényének Clausius-féle magyarázata. Az L. Boltzmann-féle magyarázat. A kérdésnek Engels F. által adott filozófiai megoldása 45 A termodinamika első és második törvényének matematikai kifejezése 48 Az ideális gázok termodinamikája Az ideális vagy tökéletes gázok. A Boyle-Mariotte és Gay-Lussac-féle törvények. Clapeyron egyenlete 5 Az ideális gázok alaptörvényei és az anyag-felépítés molekuláris-kinetikai elmélete 58 Az ideális gázok keverékei. Dalton törvénye. A keverék gázállandója 62 A termodinamikai együtthatók. Az ideális gázok és gázkeverékek fajmelegei. Az ideális gáz energiája 65 A melegmennyiség és az entrópianövekedés az ideális gázok elemi folyamatainál. A melegtartalom 70 Az ideális gázok folyamatai. Az ideális gázok Carnot körfolyama 72 A valóságos gázok A valóságos gázok tulajdonságai. A Van-der-Vaals egyenlet. Az energia, a melegmennyiség és az entrópia egyenlet 88 A valóságos gázok fajmelegei 93 Gay-Lussac és Joy-Thomson gázokkal végzett kísérletei. Az inverz hőmérséklet 97 Változó fajmelegek mellett a gázokkal megvalósuló adiabatikus és politropikus folyamatok. A gázok Ts diagrammja 101 A gázokra vonatkozó feladatok megoldása 108 A gőz termodinamikája A gőzképződés folyamata. A telített gőz. Az elgőzölgés alaptörvényei és azok analitikai jellemzői 120 A telített vízgőz. Vízgőztáblázatok 127 A telített gőz folyamatai és analitikai jellemzői. A telített gőzök Carnot-körfolyama 131 A túlhevített vízgőz. Alapfolyamatok. A Ts és is koordináta-rendszerekben megrajzolt vízgőz diagrammok 137 A vízgőzre vonatkozó példák megoldásai 146 Előrehaladó mozgást végző gázalakú testek rövid termodinamikai jellemzése A gázalakú test mozgásegyenlete. Az adiabatikus áramlás. A gáz, vagy a gőz fojtása 152 A másodpercenkénti felhasználás és az áramlási sebesség egyenleteinek jellemzése. A nyomások kritikus viszonya. Az áramlás kritikus sebessége és a fogyasztás. Saint Venant és Vantzel elmélete. A Laval-fúvóka 158 A hőerőgépek ideális körfolyamai Gőzgépek és belsőégésű motorok körfolyamai. Az ideális kompresszor körfolyama. 171 A körfolyamatok rövid termodinamikai jellemzése, amikor a melegközlés v = const., P = const. és T = const. mellett történik 180 A kompresszor munkafolyamata 184 A dugattyús gőzgépek és a turbinák ideális munkafolyamatai 190 A gőzgépek termikus hatásfokának javítása. A gőzfűtés alapjai 194 Hőerőgépek körfolyamaira vonatkozó példák 200 A kompressziós és az abszorbciós hűtőgépek működési elve 205 A kémiai termodinamika alapjai és azok vonatkoztatása az égési folyamatokra A kémiai és a kémia-fizikai folyamatok. A termodinamika kémiai folyamatokra vonatkozó első tétele 209 A Hess-féle törvény. A kémiai reakció melegeffektusának az anyag állapotával és hőmérsékletével való összefüggése. A Kirchoff törvény 213 A termodinamika kémiai reakciókra vonatkozó második törvénye. A maximális munka (szabad energia) A Gibbs-Hemholz egyenlet. A szabad energia és az entrópia között fennálló kölcsönös viszony 219 A kémiai egyensúly. A gázok közti kémiai egyensúly jellemzői 223 Van t'Hoff egyenlete. Szilárd, cseppfolyós állapotú anyagok és gázok közötti kémiai egyensúly-jellemzők 226 Reakció-példák és Van t'Hoff alapegyenletek felhasználása 233 A kémiai reakció melegeffektusa és szabadenergiája (maximális munka) között fennálló összefüggés. A Nernst-féle melegelv 241 A kondenzált rendszerekre és gázokra vonatkozó Nernst-féle elmélet. A termodinamika harmadik törvénye 244 Példák a Nernst-féle elmélet felhasználására kémiai folyamatoknál 251 Néhány technikai feladat megoldása 258 A gázok égéselméletének alapjai A kémiai reakciók sebessége 266 A láng terjedése 275 A normális égés elméleti alapjai 292 Az égéselmélet alapján végzett számítási példák 296 A robbanás termodinamikai elmélete 311 Mellékletek Kétatomos gázok széndioxid, víz és keverékeik Ts entrópia diagrammja Vízgőz is digramm (M. P. Vukalovics alapján) A vízgőz szénmonoxid és széndioxid disszociációja. Az egyensúlyjellemző megközelítő számítása 321 Gázok közepes molekuláris Cpm fajmelege 0-3000 K hőmérsékletekre 322 Gűzok közepes molekuláris Cvm fajmelege 0-3000 K hőmérsékletekre 323 Száraz telített gőz (M. P. Vukalovics alapján) 324 Túlhevített gőz 326 A túlhevített víz, gőz állandó nyomás melletti rejtett Cp kal/kgC (M. P. Vukalovics alapján) 360 Túlhevített vízgőz állandó térfogat melletti rejtett fajmelege Cv kal/kgC (M. P. Vukalovics alapján) 361