Termomechanika (FSI-6TT)

Akademický rok 2024/2025
Garant: prof. Ing. Josef Štětina, Ph.D.  
Garantující pracoviště: EÚ všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Typ předmětu: oborový předmět
Cíle předmětu:
 
Výstupy studia a kompetence:
 
Prerekvizity:
 
Obsah předmětu (anotace):
 
Metody vyučování:
 
Způsob a kritéria hodnocení:

Písemná zkouška jejíž součástí jsou testy s využitím počítačů. Důraz je kladen na teorii a řešení praktických příkladů. Podle výsledku písemné části zkoušky může být součástí zkoušky také ústní část ověřující znalosti z písemné části zkoušky. Součásti celkového hodnocení je hodnocení ze cvičení v rozsahu 30 %.

 

Kontrolovaná účast na cvičeních, v případě omluvené absence výpočet náhradních příkladů. Znalosti ze cvičení ověřovány vypracováním projektů a testu založeném na výpočtu příkladů. S možností jedné opravy.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
 
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 3 hod. nepovinná                  
    Cvičení  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška

  1. Základní pojmy. Základní zákony a stavová rovnice ideálního plynu. Tepelné kapacity.

  2. Směsi ideálních plynů, Daltonův zákon, stavová rovnice směsi a jejích složek.

  3. První zákon termodynamiky a jeho dvě matematické formy. Teplo, objemová a technická práce, vnitřní energie, entalpie. Entropie a obecné rovnice změn entropie. První zákon termodynamiky pro otevřenou soustavu a jeho rovnice. Rovnice kontinuity.

  4. Vratné děje ideálních plynů, změna stavových veličin, výpočet tepla, vnitřní energie, entalpie, objemové a technické práce a znázornění v p-v diagramu. Tepelné cykly, termická účinnost, práce. Carnotův cyklus. 2. zákon termodynamiky. Znázornění vratných dějů a Carnotova cyklu v T-s diagramu. Obrácený a nevratný Carnotův cyklus. Nevratné děje v technické praxi.

  5. Kompresory. Cykly spalovacích motorů a spalovacích turbín. Reálné plyny, Van der Waalsova stavová rovnice. Praktické přístupy k řešení vlastností reálných a polodokonalých plynů. Vodíková energetika.

  6. Termodynamika par, p-v, T-s a h-s diagramy a tabulky par. Clausiova-Clapeyronova rovnice. Termodynamické děje v parách, změna stavových veličin, výpočet tepla, vnitřní energie, entalpie, objemové a technické práce.

  7. Tepelné elektrárny. Rankin–Clausiův cyklus. Cykly chladicích zařízení a tepelných čerpadel.

  8. Spalování paliv. Výhřevnost, spalné teplo. Stechiometrické spalovací rovnice. Stechiopetrický poměr, součinitel přebytku vzduchu. Termodynamika vlhkého vzduchu. Definice vlhkosti a entalpie vlhkého vzduchu, diagram entalpie-měrná vlhkost. Ochlazování, ohřev, míšení a vlhčení vzduchu, adiabatické odpařovaní z volné hladiny. Psychrometr.

  9. 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. Reakční motory, proudové, raketové.

  10. Základy přenosu tepla. Přenos tepla vedením. 3D diferenciální rovnice stacionárního a nestacionárního vedení tepla s vnitřním zdrojem v kartézských a válcových souřadnicích. Tepelná a teplotní vodivost. Stacionární vedení tepla jednoduchou a složenou rovinnou a válcovou stěno.

  11. Přenos tepla konvekcí. 3D Fourierova-Kirchoffova rovnice, Navierovy-Stokesovy rovnice, okrajové podmínky. Teorie podobnosti v tepelné konvekci. Odvození kritérií podobnosti. Kriteriální rovnice pro nucenou a přirozenou konvekci.

  12. Stacionární prostup tepla jednoduchou a složenou rovinnou a válcovou stěnou. Výměníky tepla, střední teplotní logaritmický spád, postup výpočtu.

  13. Přenos tepla zářením - základní zákony (1. a 2. Kirchhoffův, Planckův, Stefanův-Boltzmanův, Wienův). Záření mezi rovnoběžnými stěnami a mezi obklopujícími se povrchy.  
    Cvičení

Výpočty:



  1. Stavové veličiny ideálního plynu a směsi ideálních plynů. Kalorimetrické bilanční výpočty.

  2. Vratné změny ideálního plynu - stavové veličiny, teplo, práce, změny vnitřní energie, entropie.

  3. Carnotův cyklus, termická účinnost, změny entropie. I. Zákon pro otevřenou soustavu (metoda kontrolních objemů)

  4. Kompresory Cykly spalovacích motorů a plynových turbin.

  5. Termodynamické děje v parách - stavové veličiny, teplo, práce, změny vnitřní energie, entropie.

  6. Rankin-Clausiův cyklus, cykly tepelných elektráren včetně jaderných.

  7. Základní parametry vlhkého vzduchu a jeho úprav (ohřev, ochlazování, míšení, vlhčení).

  8. Adiabatické proudění zužujícím se otvorem nebo Lavalovou dýzou. Návrh jejích hlavních rozměrů.

  9. Cykly spalovacích turbín, proudových a raketových motorů.

  10. Stacionární vedení tepla rovinnou a válcovou stěnou, jednoduchou nebo složenou. Stacionární prostup tepla – součinitel prostupu tepla, tepelný tok

  11. Součinitel přestupu tepla konvekcí a tepelný tok při konvekci.

  12. Základní výpočet výměníku tepla. Záření mezi obklopujícími se povrchy.

  13. Zápočtový test
Literatura - základní:
1. PAVELEK, Milan. Termomechanika. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2011, 192 s. : il. ; 30 cm + diagramy ([3] složené l.). ISBN 978-80-214-4300-6.
2. ÇENGEL, Yunus A. a Michael A. BOLES. Thermodynamics an engineering approach. 8. New York: McGraw-Hill, 2015, 1115 s. ISBN 978-0-07-339817-4.
3. INCROPERA, Frank, David DEWITT, Theodore BERGMAN a Adrienne LAVINE. Principles of heat and mass transfer. 7th ed., international student version. Singapore: John Wiley, c2013, xxiii, 1048 s. ISBN 978-0-470-64615-1.
4.

JAROŠ, Michal a Josef ŠTĚTINA. Termomechanika: sbírka příkladů. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2020. ISBN 978-80-214-5885-7.
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. 6th ed., Brooks/Cole, 2001.
4. Latif M. Jiji: Heat Transfer Essentials. Begell House; 2 edition, 2002.
5.

SUKUMAR Pati Sadhu Singh. Thermal Engineering, 2018 ,Pearson ISBN: 9789353063931
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
B-ENE-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 6 Povinný 1 2 Z
B-MET-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 6 Povinně volitelný 1 3 Z
B-VTE-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 6 Povinný 1 3 Z
B-ZSI-P prezenční studium STI Základy strojního inženýrství -- zá,zk 6 Povinný 1 3 Z
B-KSI-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 6 Povinný 1 3 Z
C-AKR-P prezenční studium CZS Předměty zimního semestru -- zá,zk 6 Volitelný 1 1 Z