Aplikovaná termomechanika (FSI-9ATH)

Akademický rok 2021/2022
Garant: prof. Ing. Milan Pavelek, CSc.  
Garantující pracoviště: EÚ všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština či angličtina
Cíle předmětu:
Schopnost provádět technické výpočty v oblasti termodynamiky a přenosu tepla. Aplikovat teoretické znalosti v konstrukčních i technologických oborech (především v technice prostředí).
Výstupy studia a kompetence:
Schopnost provádět technické výpočty v oblasti termodynamiky a přenosu tepla: Výpočet tepelných strojů a chladicích zařízení. Tepelné bilance materiálových i strojních soustav a zařízení. Výpočet přenosu tepla ve strojních soustavách, v plynech, parách, ve stavbách, při technologických procesech.
Prerekvizity:
Matematika, Fyzika.
Obsah předmětu (anotace):
Úvod do problematiky. Ideální plyn. Směsi plynů. První zákon termodynamiky (obecná forma) - teplo, práce, vnitřní energie, entalpie.. Druhý zákon termodynamiky, entropie. Vratné a nevratné děje. Jouleův Thompsonův efekt. Tepelné cykly. Termodynamika par, parní tabulky, diagramy (konstrukce). Clausius - Clapeyronova rovnice. Termodynamické děje v parách. Vlhký vzduch. Určovací veličiny, tabulky. Mollierův diagram (konstrukce). Izobarické úpravy vzduchu, odpařování z volné hladiny. Termodynamika proudění plynů a par. Adiabatické proudění dýzami (výpočtové a reálné podmínky). Cykly plynových a parních tepelných strojů. Kompresory. Cykly chladicích zařízenía a tepelných čerpadel. Základy přenosu tepla. Stacionární a nestacionární přenos tepla vedením, vnitřní zdroje. Přenos tepla konvekcí, teorie podobnosti. Prostup tepla, výměníky tepla. Přenos tepla zářením.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny.
Způsob a kritéria hodnocení:
Ústní zkouška.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Prezence na přednáškách nebude kontrolována.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  10 × 2 hod. nepovinná                  
Osnova:
    Přednáška Úvod do problematiky. Základní zákony a stavová rovnice ideálního plynu. Tepelné kapacity. Směsi ideálních plynů, Daltonův zákon, stavová rovnice směsi a jejích složek.
První zákon termodynamiky a jeho matematické formy (obecná forma). Teplo, objemová a technická práce, vnitřní energie, entalpie.
Vratné děje ideálních plynů, změna stavových veličin,výpočet tepla, vnitřní energie, entalpie, obou prací a znázornění v p-v diagramu.
Tepelné cykly, termická účinnost, práce cyklu. Carnotův cyklus. 2.zákon termodynamiky. Entropie a obecné rovnice změn entropie. Znázornění vratných dějů a Carnotova cyklu v T-s diagramu. Obrácený a nevratný Carnotův cyklus. Nevratné děje v technické praxi. Jouleův Thompsonův efekt.
Van der Waalsova stavová rovnice reálných plynů. Termodynamika par, p-v, T-s a h-s diagramy a tabulky par. Konstrukce diagramů. Clausius -Clapeyronova rovnice. Termodynamické děje v parách, změna stavových veličin, výpočet tepla, vnitřní energie, entalpie, objemové a technické práce.
Termodynamika vlhkého vzduchu. Definice vlhkosti a entalpie vlhkého vzduchu, Mollierův diagram entalpie-měrná vlhkost (konstrukce). Ochlazování, ohřev, mísení a vlhčení vzduchu, adiabatické odpařovaní z volné hladiny. Psychrometr.
První zákon termodynamiky pro otevřenou soustavu a jeho rovnice. Rovnice kontinuity, Bernoulliho. Prandtlova trubice, rychlost zvuku, Machovo číslo. Adiabatické proudění ideálního plynu a páry zužujícím se otvorem a Lavalovou dýzou. Postup při jejich výpočtu. Činnost Lavalovy dýzy při různých vstupních podmínkách a vliv protitlaku na její činnost.
Cykly tepelných plynových a parních strojů. Spalovací motory, plynové turbiny, reakční motory.
Rankin – Clausiův cyklus. Kompresory. Cykly chladicích zařízení a tepelných čerpadel.
Přenos tepla vedením. 3D diferenciální rovnice stacionárního a nestacionárního vedení tepla s vnitřním zdrojem v kartézkých a válcových souřadniccíh Tepelná a teplotní vodivost. Stacionární vedení tepla jednoduchou nebo složenou rovinnou nebo válcovou stěnou.
Přenos tepla konvekcí. Navier-Stokesovy rovnice, rovnice okrajové podmínky. Teorie podobnosti v tepelné konvekci. Odvození kriterii podobnosti. Kriteriální rovnice pro konvekci přirozenou a nucenou.
Stacionární prostup tepla jednoduchou a složenou rovinnou a válcovou stěnou. Výměníky tepla, střední logaritmický teplotní spád, postup výpočtu.
Přenos tepla zářením-základní zákony (1. a 2. Kirchhoffův, Planckův, Stefan-Boltzmanův, Wienův). Záření mezi rovnoběžnými stěnami a mezi obklopujícími se povrchy.
Literatura - základní:
1. Cengel, Y. A., Boles, M. A.: Thermodynamics in engineering approach. Thermodynamics: An Engineering Approach. 8th Edition. Boston: McGraw-Hill Education, 2014.
2. Incropera, F. P., DeWitt D. P., Bergman, T. L., Lavine, A. S.: Fundamentals of Heat and Mass Transfer. 6th Edition. Hoboken, NJ: John Wiley, 2006.
Literatura - doporučená:
1. Moran, M. J.: Fundamentals of engineering thermodynamics. 7th ed. Hoboken: Wiley, 2011.
2. Borgnakke, C. Fundamentals of thermodynamics. 7th ed. International student version, SI version. Hoboken : Wiley, 2009.
3. Kreith, F., Bohn, M. S.: Principles of heat transfer. 6.vydání, Brooks/Cole, 2001.
4. Latif M. Jiji: Heat Transfer Essentials. Begell House; 2 edition, 2002.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
D-ENE-P prezenční studium --- bez specializace -- drzk 0 Doporučený kurs 3 1 Z
D-ENE-K kombinované studium --- bez specializace -- drzk 0 Doporučený kurs 3 1 Z