Termodynamika. Zagadnienia praktyczne w ogrzewnictwie i klimatyzacji + arkusze i programy kalkulacyjne

Książka stanowi zbiór ok. 60 przykładów będących rozwiązaniami typowych zagadnień praktycznych termodynamiki spotykanych w ciepłownictwie, ogrzewnictwie i klimatyzacji. Każde z zagadnień zostało omówione od strony teoretycznej, w syntetycznej formie, bez wyprowadzania wzorów. Rozwiązanie zadań ma formę arkuszy kalkulacyjnych lub programów komputerowych, umożliwiających modyfikację danych liczbowych. Każdy z arkuszy może być rozbudowany przez odpowiednio przygotowanego Czytelnika i dostosowany do bardziej skomplikowanych obliczeń niż zaprezentowano w książce.

Ze względu na wykorzystanie procedur numerycznych wiele zagadnień można było przedstawić i rozwiązać bez niepotrzebnych uproszczeń, które były konieczne w przeszłości ze względu na brak procedur obliczeniowych. Do takich zagadnień należy, np. obliczenie parametrów wilgotnego powietrza w przemianach lub hydrauliczne obliczenia rurociągów pary z uwzględnieniem przemian termodynamicznych przepływającego czynnika. Zależności uwikłane, traktowane do tej pory jako trudne, mogą być w łatwy sposób rozwiązane metodą kolejnych przybliżeń, jak np. formuła Colebrooka-White’a do określenia współczynnika oporów liniowych przy przepływie czynnika termodynamicznego.

Książka jest przeznaczona dla inżynierów zajmujących się projektowaniem systemów grzewczych i klimatyzacyjnych oraz dla studentów Wydziałów Inżynierii Środowiska uczelni technicznych. Może z niej korzystać Czytelnik o różnym poziomie przygotowania: jako użytkownik programów, bez wnikania w algorytmy obliczeniowe, lub Czytelnik pragnący poznać teorię procesów termodynamicznych w wyniku wnikliwego śledzenia procedur obliczeniowych. Z tego względu w każdym przykładzie (oprócz ostatniego) podano odwołania do wzorów określających odpowiednie wielkości. Niektóre z zagadnień potraktowano skrótowo z powodu ich niewielkiego znaczenia w ogrzewnictwie, ciepłownictwie i klimatyzacji. Do takich problemów należy, np. projektowanie obiegów elektrowni i elektrociepłowni, które jest domeną inżynierów energetyków. Jedynie w celach ilustracyjnych przedstawiono przykład obliczeń obiegów i cykli elektrowni parowych i gazowych. Podobnie, pominięto zagadnienia izentropowego wypływu gazu, jako mające mniejsze znaczenie w ciepłownictwie i klimatyzacji.

Przedmowa / 7

1. Pojęcia podstawowe, podstawowe wielkości i jednostki miar / 10
2. Gaz doskonały / 19
   2.1. Przemiany gazu doskonałego – zmiana parametrów / 19
   2.1.1. Przemiana izochoryczna / 19
   2.1.2. Przemiana izobaryczna / 19
   2.1.3. Przemiana izotermiczna / 20
   2.1.4. Przemiana adiabatyczna (izentropowa) lub politropowa / 20
   2.2. Równanie stanu gazu doskonałego, ciepło właściwe gazu, warunki normalne / 21
   2.3. Mieszaniny gazów doskonałych / 24
   2.4. Przemiany gazu doskonałego – praca i ciepło przemiany / 27
   2.4.1. Przemiana izochoryczna / 27
   2.4.2. Przemiana izobaryczna / 30
   2.4.3. Przemiana izotermiczna / 32
   2.4.4. Przemiana politropowa lub adiabatyczna (izentropowa) / 34
3. Gaz rzeczywisty / 37
   3.1. Równania stanu gazu rzeczywistego / 37
   3.1.1. Równanie van der Waalsa / 37
   3.1.2. Równanie Redlicha-Kwonga / 39
   3.2. Ciepło właściwe i przykładowe przemiany gazów półdoskonałych / 40
   3.3. Sprawność i efektywność procesów termodynamicznych / 41
   3.4. Sprężanie i rozprężanie gazów rzeczywistych / 43
4. Para wodna / 49
   4.1. Właściwości pary wodnej / 49
   4.2. Przemiany pary wodnej / 52
   4.2.1. Przemiana izochoryczna pary wodnej / 53
   4.2.2. Przemiana izobaryczna pary wodnej / 54
   4.2.3. Przemiana adiabatyczna (izentropowa) pary wodnej / 56
   4.2.4. Rzeczywista przemiana pary wodnej przy rozprężaniu / 57
   4.2.5. Bezpośrednia wymiana ciepła przy mieszaniu strumieni pary wodnej lub wody / 59
   4.2.6. Dławienie pary wodnej / 61
   4.2.7. Rozprężanie skroplin / 62
   4.2.8. Odgazowywacz termiczny / 63
   4.2.9. Przepływ pary wodnej w rurociągach / 65
   4.2.8. Wypływ izentropowo-izentalpowy / 66
5. Powietrze wilgotne / 69
   5.1. Właściwości powietrza wilgotnego / 69
   5.2. Przemiany powietrza wilgotnego / 75
   5.2.1. Mieszanie strumieni powietrza / 75
   5.2.2. Ogrzewanie powietrza / 76
   5.2.3. Chłodzenie powietrza / 77
   5.2.4. Odzyskiwanie ciepła i wilgoci / 79
   5.2.5. Nawilżanie powietrza / 81
   5.3. Proces przygotowania powietrza w klimatyzacji i wentylacji / 84
6. Spalanie / 90
   6.1. Reakcje spalania / 92
   6.2. Paliwa stałe i ciekłe / 93
   6.2.1. Zapotrzebowanie na powietrze do spalania paliw stałych i ciekłych / 93
   6.2.2. Objętość i skład spalin powstających ze spalania paliw stałych i ciekłych / 94
   6.3. Paliwa gazowe / 96
   6.3.1. Zapotrzebowanie na powietrze do spalania paliw gazowych / 97
   6.3.2. Objętość i skład spalin ze spalania paliw gazowych / 98
   6.4. Wymiarowanie przewodów do odprowadzenia spalin / 100
7. PRZYKŁADOWE CYKLE I OBIEGI GAZOWE I GAZOWO-PAROWE / 108
   7.1. Cykl Braytona i Humphrey’a (turbiny gazowej) / 108
   7.2. Obieg Clausiusa-Rankine’a (turbiny parowej) / 112
   7.3. Cykl gazowo-parowy / 115

Literatura / 119