ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. 4 ο Εξάμηνο ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ Α ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ

Σχετικά έγγραφα
ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι 4 ο Εξάμηνο

Τ.Ε.Ι. ΠΕΙΡΑΙΑ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΜΑΘΗΜΑ: ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ (Ασκήσεις πράξης) ΙΔΑΝΙΚΑ ΑΕΡΙΑ - ΕΡΓΟ

Κύκλοι ή Κύκλα Ισχύος με Αέρα ΑΝΟΙΚΤΟΙ- ΚΛΕΙΣΤΟΙ ΚΥΚΛΟΙ

ΑΤΜΟΛΕΒΗΤΕΣ-ΑΤΜΟΣΤΡΟΒΙΛΟΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΡΑΞΗΣ

Περιεχόμενα. 2ος ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ. Περιορισμοί του 1ου νόμου. Γένεση - Καταστροφή ενέργειας

ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΑΕΡΙΩΝ. 1. Δώστε τον ορισμό τον τύπο και το διάγραμμα σε άξονες P v της ισόθερμης μεταβολής. σελ. 10. και

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑ (7 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ)

2ος ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ Διεργασίες που μπορούν να εξελιχθούν προς μία μόνο κατεύθυνση.

ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ (7 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ)

Μηχανή εσωτερικής καύσης ή κινητήρας εσωτερικής καύσης ονομάζεται η κινητήρια θερμική μηχανή στην οποία η

ΣΤΑΘΜΟΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Εξοικονόμηση Ενέργειας

E. ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ. 2. Β2.26 Με ποιόν τρόπο αποβάλλεται θερµότητα κατά τη λειτουργία της µηχανής του αυτοκινήτου;

(διαγώνισµα Θερµοδυναµική Ι)

ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥ ΕΡΓΟΥ

Εφηρμοσμένη Θερμοδυναμική

Κύκλος Diesel και Μηχανές Εσωτερικής Καύσης Εισαγωγικά: Γενικά:

Ψυκτικοί Κύκλοι Κύκλοι παραγωγής Ψύξης

1. Τι είναι οι ΜΕΚ και πώς παράγουν το μηχανικό έργο ; 8

ΣΤΑΘΜΟΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Εφηρμοσμένη Θερμοδυναμική

Τμήμα: Γοχημάτων ΑΘ.ΚΕΡΜΕΛΙΔΗΣ ΠΕ 12.04

ΑΣΚΗΣΗ 1 η. r 1. Σε κύκλο ισόογκης καύσης (OTTO) να αποδειχθούν ότι: Οθεωρητικόςβαθμόςαπόδοσηςείναι:. Η μέση θεωρητική πίεση κύκλου είναι:. th 1.

ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ II Χειµερινό Εξάµηνο Η ΣΕΙΡΑ ΑΣΚΗΣΕΩΝ

Η ψύξη ενός αερίου ρεύματος είναι δυνατή με αδιαβατική εκτόνωση του. Μπορεί να συμβεί:

ΚΥΚΛΟΙ Μ.Ε.Κ. Μ.Ε.Κ. Ι (Θ) Διαλέξεις Μ4, ΤΕΙ Χαλκίδας Επικ. Καθηγ. Δρ. Μηχ. Α. Φατσής

ΑΝΩΤΕΡΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ


ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΑΕΡΙΟΣΤΡΟΒΙΛΩΝ 10 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ

P. kpa T, C v, m 3 /kg u, kj/kg Περιγραφή κατάστασης και ποιότητα (αν εφαρμόζεται) , ,0 101,

Στις ερωτήσεις A1 - A4, να γράψετε τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα σε κάθε αριθμό το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΥΛΙΚΑ ΓΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 9 ΣΤΡΟΒΙΛΟΚΙΝΗΤΗΡΩΝ

ε = = 9,5 =, γ=1,4, R = 287 J/KgK, Q = Cv ΔT = P2 Εξισώσεις αδιαβατικών μεταβολών: T [Απ: (β) 1571,9 Κ, Pa, (γ) 59,36%, (δ) ,6 Pa] ΛΥΣΗ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Θερμοδυναμική

Εργ.Αεροδυναμικής,ΕΜΠ. Καθ. Γ.Μπεργελές

Κύκλοι παραγωγής ισχύος με ατμό Συνδυασμένοι (σύνθετοι κύκλοι)

Σταθμοί Παραγωγής Ενέργειας

Ισόθερμη, εάν κατά τη διάρκειά της η θερμοκρασία του αερίου παραμένει σταθερή

Θερμοδυναμική. Ενότητα 5: 2 ος Νόμος Θερμοδυναμικής. Κυρατζής Νικόλαος Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος και Μηχανικών Αντιρρύπανσης ΤΕ

ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΜΕ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΤΙΣ Μ.Ε.Κ. Μ.Ε.Κ. Ι (Θ)

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ Η ΚΑΤΑΣΤΑΤΙΚΗ ΕΞΙΣΩΣΗ ΤΩΝ ΤΕΛΕΙΩΝ ΑΕΡΙΩΝ

ΜΑΝΩΛΗ ΡΙΤΣΑ ΦΥΣΙΚΗ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ. Τράπεζα θεμάτων. Β Θέμα ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ


Κύκλοι λειτουργίας. μηχανών

2 mol ιδανικού αερίου, η οποία


Υπεύθυνοι Καθηγητές: Γκαραγκουνούλης Ι., Κοέν Ρ., Κυριτσάκας Β. B ΤΑΞΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

ΑΡΧΕΣ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ Σημειώσεις για Α τάξη ΕΠΑΛ ΑΡΧΕΣ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ

Εφαρμοσμένη Θερμοδυναμική

2. Ορισµένη µάζα ενός ιδανικού αερίου πραγµατοποιεί τις παρακάτω

ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ-2 ος ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ

ΝΟΜΟΙ ΑΕΡΙΩΝ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ

Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας. 6ο Εξάμηνο Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών. 1η Σειρά Ασκήσεων.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ

στην συμπίεση των diesel η πίεση και η θερμοκρασία είναι κατά πολύ μεγαλύτερες. η καύση των diesel γίνεται με αυτανάφλεξη και με σταθερή πίεση

ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΨΥΞΗΣ & ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ΕΠΑΛ

ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΠΟΡΩΝ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ Ι 1

2 ο κεφάλαιο. φυσικές έννοιες. κινητήριες μηχανές

Παραδοχή: ο αέρας είναι τέλειο αέριο µε ειδική σταθερά 287 J/kgK και συντελεστή αδιαβατικής µεταβολής 1.4

Θερμοδυναμική Ενότητα 7:

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 1

ΘΕΡΜΙΚΕΣ & ΨΥΚΤΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ ΘΕΩΡΙΑ

ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ

2. Ασκήσεις Θερμοδυναμικής. Ομάδα Γ.

Θερμοδυναμική. Ενότητα 6: Εντροπία. Κυρατζής Νικόλαος Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος και Μηχανικών Αντιρρύπανσης ΤΕ

3ο ιαγώνισµα Β Τάξης Ενιαίου Λυκείου Θερµοδυναµική/Ιδανικά Αέρια. Ενδεικτικές Λύσεις. Θέµα Α

Μεταβολή Q, W, ΔU Παρατηρήσεις (3) ) Q = nrt ln V 1. W = Q = nrt ln U = 0 (5). Q = nc V T (8) W = 0 (9) U = nc V T (10)

ΘΕΡΜΑΝΣΗ-ΨΥΞΗ-ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΣ Ι ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Εφηρμοσμένη Θερμοδυναμική

Διαγώνισμα B Λυκείου Σάββατο 09 Μαρτίου 2019

ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ-ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ Β ΛΥΚΕΙΟΥ

4ο Εργαστήριο: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ

ΛΥΜΕΝΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ. α. Χρησιμοποιώντας τον πρώτο θερμοδυναμικό νόμο έχουμε : J J J

ΜΑΝΩΛΗ ΡΙΤΣΑ ΦΥΣΙΚΗ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ. Τράπεζα θεμάτων. Δ Θέμα ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ

Φυσική Κατεύθυνσης Β Λυκείου.

Προσανατολισμού Θερμοδυναμική

V (β) Αν κατά τη μεταβολή ΓΑ μεταφέρεται θερμότητα 22J από το αέριο στο περιβάλλον, να βρεθεί το έργο W ΓA.

Δύναμη F F=m*a kgm/s 2. N = W / t 1 J / s = 1 Watt ( W ) 1 HP ~ 76 kp*m / s ~ 746 W. 1 PS ~ 75 kp*m / s ~ 736 W. 1 τεχνική ατμόσφαιρα 1 at

ΛΥΣΕΙΣ ΘΕΜΑΤΩΝ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗΣ

12 η Διάλεξη Θερμοδυναμική

14/12/ URL: LSBTP. Assoc. Prof. Dr.-Ing. Sotirios Karellas

Το παραγόµενο έργο είναι µεγαλύτερο στη µεταβολή β. Η προσφερόµενη θερµότητα είναι µεγαλύτερη στη µεταβολή β

Energy resources: Technologies & Management

3 ο κεφάλαιο. κύκλος λειτουργίας. των Μ Ε Κ. Εξεταστέα ύλη πανελλαδικών στις ερωτήσεις από 1 η έως και 24 η

ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 4 ΣΕΛΙ ΕΣ

Μεταβολή Q, W, ΔU Παρατηρήσεις (3) ) Q = nrt ln V 1. W = Q = nrt ln U = 0 (5). Q = nc V T (8) W = 0 (9) U = nc V T (10)

Επανάληψη των Κεφαλαίων 1 και 2 Φυσικής Γ Έσπερινού Κατεύθυνσης

Χειµερινό Εξάµηνο Η ΣΕΙΡΑ ΑΣΚΗΣΕΩΝ

ΕΠΙΛΟΓΗ ΘΕΜΑΤΩΝ ΠΑΝΝΕΛΛΗΝΙΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1&2

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ / B ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: Α ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: ΑΡΧΩΝ Μ.-ΑΓΙΑΝΝΙΩΤΑΚΗ ΑΝ.-ΠΟΥΛΗ Κ.

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΤΡΑΠΕΖΑ ΘΕΜΑΤΩΝ ΘΕΜΑ 4

Κατά την αδιαβατική αντιστρεπτή µεταβολή ενός ιδανικού αερίου, η πίεση του αερίου αυξάνεται. Στην περίπτωση αυτή

εύτερος Θερμοδυναμικός Νόμος Εντροπία ιαθέσιμη ενέργεια Εξέργεια

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ II Χειμερινό Εξάμηνο Η ΣΕΙΡΑ ΑΣΚΗΣΕΩΝ

ΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ

ΕΝΤΡΟΠΙΑ-2ος ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ-ΚΥΚΛΟΣ CARNOT

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑ (7 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ)

EΡΓΟ-ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ-ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

Α.Ε.Ι ΠΕΙΡΑΙΑ Τ.Τ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε

Transcript:

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι 4 ο Εξάμηνο ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ Α ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ ΚΟΡΩΝΑΚΗ ΕΙΡΗΝΗ ΛΕΚΤΟΡΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΤΟΜΕΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΜΠ 1

ΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 2

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ Για θερμοδυναμικές μεταβολές μας ενδιαφέρει πως αλλάζει η κατάσταση του ρευστού (και όχι μόνο οι τελικές καταστάσεις). Για τον λόγο αυτό αναπαριστούμε την μεταβολή σε διαγράμματα. P (kpa) T (K) P (kpa) V m^3/kg T (K) P (kpa) V m^3/kg T (K) V m^3/kg 3

Διαφορά αδιαβατικής και ισεντροπικής μεταβολής. Αδιαβατική σημαίνει ότι δεν συναλλάσσει θερμότητα με το περιβάλλον. Ισεντροπική σημαίνει ότι δεν συναλλάσσει θερμότητα με το περιβάλλον και επιπλέον είναι και αντιστρεπτή (δεν υπάρχουν εσωτερικές απώλειες). Για αυτό την λέμε και αδιαβατική πλήρως αντιστρεπτή 4

ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ P-V P 300 250 P 300 250 200 150 +w 200 150 -w 100 100 50 50 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 V 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 V ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΔΙΝΕΙ ΕΡΓΟ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ (ΠΑΙΡΝΟΥΜΕ ΕΡΓΟ ΑΠΟ ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ) ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΑΙΡΝΕΙ ΕΡΓΟ ΑΠΟ ΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ (ΔΙΝΟΥΜΕ ΕΡΓΟ ΣΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ) 5

ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ P-V P 300 250 2 +Q 3 P 300 250 2 -Q 1 200 200 150 +Q 150 -Q 100 50 1 100 50 3 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 V 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 V ΔΙΝΟΥΜΕ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΣΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΑΙΡΝΟΥΜΕ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΑΠΟ ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 6

ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ P-V P 300 250 200 1 2 P 300 250 200 1 150 100 50 0 0.5 +W1 1 1.5 2 2.5 3 3 V W1>W2 150 100 50 0 2 3 +W2 0.5 1 1.5 2 2.5 3 V ΤΟ ΕΡΓΟ (ΚΑΙ Η ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ) ΠΟΥ ΣΥΝΑΛΛΑΣΕΙ ΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΜΕ ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕIΝΑΙ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΤΗΣ ΜΕΤΑΒΟΛΗΣ ΚΑΙ ΟΧΙ ΜΟΝΟ ΤΩΝ ΤΕΛΙΚΩΝ ΣΗΜΕΙΩΝ (ΓΙΑ ΜΗ ΑΔΙΑΒΑΤΙΚΕΣ ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ). 7

ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ Τ-S 8

ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ Τ-S T T +Q -Q S S ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΑΙΡΝΕΙ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΔΙΝΕΙ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΣΤΟ ΑΠΟ ΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ (ΔΙΝΟΥΜΕ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΣΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ) (ΠΑΙΡΝΟΥΜΕ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΑΠΟ ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ) 9

ΣΥΝΟΛΟ ΜΕΤΑΒΟΛΩΝ 10

ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ Θερμικές μηχανές ή θερμοκινητήρες: ονομάζονται οι μηχανές οι οποίες μετατρέπουν την θερμότητα που παράγεται από την χημική ενέργεια της καύσης, σε μηχανικό έργο. Ανάλογα με τον τρόπο πραγματοποίησης της καύσης χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: - στις μηχανές εσωτερικής καύσεως (Μ.Ε.Κ.) και - στις μηχανές εξωτερικής καύσεως ή ατμομηχανές. 11

ΠΩΣ ΕΧΟΥΝ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΕΙ ΟΙ ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ Πριν τις θερμικές μηχανές οι κυριότερες πηγές ισχύος για τη μεταφορά, τις αγροτικές εργασίες και τη βιομηχανία ήταν ο άνθρωπος. 12

Παλαιότερα: Θερμικές μηχανές θερμοδυναμικούς κύκλους ατμού μετατροπή θερμικής ενέργειας από την καύση του ξύλου και του κάρβουνου σε έργο για να τροφοδοτήσουν τρένα, καράβια, εργοστάσια και να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια. 20ος αιώνας: αύξηση των εφαρμογών των θερμικών μηχανών για να μετατρέψουν τη θερμική ενέργεια από την καύση αερίου ή υγρού καυσίμου σε έργο. Αυτές οι θερμικές μηχανές έχουν μεγαλύτερη ισχύ από τις θερμικές μηχανές που χρησιμοποιούν κύκλους ατμού. 13

Στον 21ο αιώνα παρά το γεγονός ότι δεν ξέρουμε πως θα εξελιχθεί το μέλλον των θερμικών μηχανών μπορούμε να δούμε ποιες βρίσκονται σε ερευνητικό στάδιο: Νέοι τύποι θερμικών μηχανών: Όπως μηχανές Stirling οι οποίες χρησιμοποιούν εναλλακτικές πηγές ενέργειας όπως βιομάζα, απορριπτόμενη θερμότητα, ηλιακή ενέργεια. Νέες ενεργειακές πηγές: Οι περισσότερες θερμικές μηχανές χρησιμοποιούν σήμερα την καύση των ορυκτών καυσίμων. Ωστόσο, οι θερμικές μηχανές μπορούν θεωρητικά να λειτουργήσουν με οποιαδήποτε πηγή θερμικής ενέργειας Νέες εφαρμογές: Η πλειονότητα των αεριοστροβίλων είναι σχετικά μεγάλοι και με αποκλειστική χρήση σε αεροσκάφη ή σε κεντρικούς σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Ωστόσο οι μικροί αεριοστρόβιλοι αναπτύσσονται για διασκορπισμένη ηλεκτρική παραγωγή και είναι σχετικά μικροί για να τοποθετηθούν σε σπίτια 14

Εσωτερικής καύσεως ονομάζονται οι μηχανές που ως εργαζόμενο μέσο χρησιμοποιούν τον αέρα και κατά κάποιο τρόπο το ίδιο το καύσιμο, δηλαδή καυσαέρια π.χ εμβολοφόρος κινητήρας αυτοκινήτου, αεροστρόβιλος αεροπλάνου. Εξωτερικής καύσεως ονομάζονται οι μηχανές όπου η καύση δεν λαμβάνει μέρος στο χώρο παραγωγής έργου αλλά έξω από αυτόν και στις οποίες το μέσο παραγωγής έργου δεν είναι το καυσαέριο αλλά κάποιο άλλο στοιχείο όπως π.χ. νερό. Σε αυτήν την κατηγορία ανήκουν οι ατμοστρόβιλοι, οι ατμομηχανές. 15

Ανάλογα με τον τρόπο μετατροπής της θερμικής ενέργειας σε μηχανικό έργο οι θερμικές μηχανές διακρίνονται σε: - εμβολοφόρες ή παλινδρομικές (ισχύουν τόσο για τις μηχανές εσωτερικής καύσεως όσο και για τις εξωτερικής καύσεως) - περιστροφικές ή στροβίλους Στις μηχανές εσωτερικής καύσεως ονομάζονται ατμοστρόβιλοι Στις μηχανές εξωτερικής καύσεως ονομάζονται αεριοστρόβιλοι). 16

ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ Α 17

ΚΥΚΛΟΣ CARNOT ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΙΣΧΥΟΣ Ο αντιστρεπτός κύκλος με τη μεγαλύτερη απόδοση 18

1-2: Ισοθερμοκρασιακή συμπίεση 2-3: Ισεντροπική συμπίεση 3-4: Ισοθερμοκρασιακή εκτόνωση 4-1: Ισεντροπική εκτόνωση 19

20

Να δειχθεί ότι η θερμική απόδοση ενός κύκλου Carnot είναι συνάρτηση μόνο των θερμοκρασιών TL, TH 21

Παράδειγμα αξιολόγησης κύκλου ισχύος Ένας εφευρέτης ισχυρίζεται ότι κατασκεύασε μία μονάδα ισχύος η οποία δίνει καθαρό έργο 410 kj όταν η ενέργεια που καταναλώνει είναι 1000 kj. Το σύστημα παίρνει θερμότητα από τα καυσαέρια στους 500 Κ. Εάν η θερμότητα εξόδου είναι 300Κ να αξιολογήσετε αυτό το σύστημα. Θερμική απόδοση του κύκλου βάσει των στοιχείων που δίνονται: η= 410 kj 1000 kj =0.41 (41%) Η μέγιστη θερμική απόδοση οποιουδήποτε κύκλου που λειτουργεί μεταξύ των θερμοκρασιών ΤH=500 K και Τc=300 K είναι: η=1- Τc ΤH = 1-300 K 500 K =0.40 ΕΠΟΜΕΝΩΣ ΔΕΝ ΙΣΧΥΕΙ Ο ΙΣΧΥΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ! 22

ΚΥΚΛΟΣ OTTO 23

1-2: Ισεντροπική συμπίεση 24

2-3: Ισόχωρη προσθήκη θερμότητας 25

3-4: Ισεντροπική εκτόνωση 26

4-1: Ισόχωρη απόρριψη θερμότητας 27

28

1 2 3 4 1. Με τη βαλβίδα εισαγωγής ανοικτή, το έμβολο εισάγει φρέσκο μείγμα μέσα στον κύλινδρο 2. Και με τις δύο βαλβίδες κλειστές το έμβολο εκτελεί συμπίεση αυξάνοντας τη θερμοκρασία αλλά και την πίεση. Απαιτεί εισαγωγή έργου. Αρχίζει η διεργασία συμπίεσης καταλήγοντας σε μείγμα υψηλής θερμοκρασίας και πίεσης.η καύση στον OTTO γίνεται στο τέλος της συμπίεσης. 3. Παράγεται έργο αφού το μείγμα εκτονώνεται και έτσι επιστρέφει στο κάτω νεκρό σημείο. 4. Τα καυσαέρια απορρίπτονται από τον κύλινδρο μέσω της βαλβίδας εξαγωγής. 29

Θεωρητική ανάλυση κύκλου OTTO k k k Μέση πίεση κύκλου= Καθαρό έργο Όγκος Εμβολισμού 30

Θεωρητική ανάλυση κύκλου OTTO Παραγόμενα έργα και θερμότητες: Έργο κύκλου: ή Θεωρητικός βαθμός απόδοσης κύκλου: 31

Λόγος συμπίεσης: Θεωρητική ανάλυση κύκλου OTTO Από τις ισεντροπικές μεταβολές: Για σταθερό Cv: Ισχύει όμως: Επομένως Θεωρητικός βαθμός απόδοσης: 32

Μέση αποτελεσματική πίεση (Mean Effective Pressure-MEP) MEP= Wnet Vmax-Vmin (kpa) Wnet=MEP x Εμβαδόν επιφάνειας εμβόλου x Διαδρομή Εμβόλου 33

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΟΤΤΟ 34

ΚΥΚΛΟΣ DIESEL 35

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΥΚΛΟΥ DIESEL 1-2: Ισεντροπική συμπίεση 2-3: Ισόθλιπτη προσθήκη θερμότητας 3-4: Ισεντροπική εκτόνωση 4-1: Ισόχωρη απόρριψη θερμότητας 36

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΥΚΛΟΥ DIESEL Προσθήκη θερμότητας υπό σταθ. Πίεση P: Με ενεργειακό ισολογισμό στο κλειστό σύστημα έχουμε: Η θερμότητα απορρίπτεται στη διεργασία 4-1: Ο βαθμός απόδοσης του κύκλου είναι ο λόγος του καθαρού έργου προς τη προσδιδόμενη θερμότητα Όπως και στον κύκλο Otto η θερμική απόδοση του κύκλου Diesel αυξάνεται με την αύξηση του λόγου συμπίεσης. 37

Λόγος συμπίεσης Λόγος αποκοπής στον κύκλο Diesel Απόδειξη βαθμού απόδοσης Diesel 38

1-2: Ισεντροπική συμπίεση Όγκος Λόγος αποκοπής 39

2-3: Ισόθλιπτη προσθήκη θερμότητας 3-4: Ισεντροπική εκτόνωση 40

4-1: Ισόχωρη απόρριψη θερμότητας Λόγος συμπίεσης Λόγος αποκοπής 41

ΑΣΚΗΣΕΙΣ DIESEL 42

ΚΥΚΛΟΣ DUAL rp=1 Diesel rc=1 Otto rp>1 Απόδοση μικρότερη Otto μεγαλύτερη Diesel 43

ΚΥΚΛΟΣ STIRLING 44

ΤΥΠΟΛΟΓΙΕΣ-ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΕΙΣ 45

ΜΟΝΟΚΥΛΙΝΔΡΗ ΜΗΧΑΝΗ STIRLING ΤΥΠΟΥ Α ΤΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ 1 1-2:Ισοθερμοκρασιακή προσθήκη θερμότητας από εξωτερική πηγή ΤΗ qin ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ 2 ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ 3 2-3: Ισόχωρη Προθέρμανση εσωτερική μεταφορά θερμότητας από το ρευστό λειτουργίας στον αναγεννητή ΤL 3-4: Ισοθερμοκρασιακή συμπίεση ΤL qout ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ 4 4-1: Ισόχωρη αναγέννηση εσωτερική μεταφορά θερμότητας από τον αναγεννητή στο ρευστό λειτουργίας 46

1 ΙΣΟΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΚΗ ΠΡΟΣΘΗΚΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ T1=T2 2 4 3 ΙΣΟΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΚΗ ΣΥΜΠΙΕΣΗ ΜΕ ΑΠΟΡΡΙΨΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ T3=T4 47

ΔΙΚΥΛΙΝΔΡΗ ΜΗΧΑΝΗ STIRLING ΤΥΠΟΥ Α IΣΟΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΚΗ ΣΥΜΠΙΕΣΗ 1-2 Αρχή φάσης 1-2 Τέλος φάσης 1-2 Το αέριο ψύχεται και συστέλλεται, μαζεύοντας και τα δύο έμβολα προς το εσωτερικό των κυλίνδρων τους Στην αρχή της φάσης ο στρόφαλος βρίσκεται στις 180ο ενώ στο τέλος στις 270ο 48

ΙΣΟΟΓΚΗ ΘΕΡΜΑΝΣΗ 2-3 Αρχή φάσης 2-3 Τέλος φάσης 2-3 Tο αέριο που έχει ήδη συσταλθεί βρίσκεται κυρίως στον κρύο κύλινδρο. Ο στρόφαλος στρέφεται ακόμη κατά 90ο αναγκάζοντας το αέριο να επιστρέψει στον θερμό κύλινδρο και να συμπληρωθεί ο κύκλος. Καθώς μεταφέρεται κρύος όγκος αερίου από τον κρύο στο θερμό κύλινδρο, ο αναγεννητής αποδίδει θερμότητα στο εργαζόμενο μέσο, προθερμαίνοντάς το. Στην αρχή της φάσης ο στρόφαλος βρίσκεται στις 270o ενώ στο τέλος στις 360ο. 49

IΣΟΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΚΗ ΕΚΤΟΝΩΣΗ 3-4 Αρχή φάσης 3-4 Τέλος φάσης 3-4 Το αέριο θερμαίνεται και εκτονώνεται οδηγώντας και τα δύο έμβολα προς τα μέσα Στο τέλος της φάσης ο στρόφαλος βρίσκεται στις 90ο 50

ΙΣΟΟΓΚΗ ΨΥΞΗ 4-1 αποθηκεύεται ποσό θερμότητας στη μήτρα του αναγεννητή Ο όγκος στο θερμό κύλινδρο είναι μέγιστος Αρχή φάσης 4-1 Τέλος φάσης 4-1 Στην αρχή της φάσης ο στρόφαλος βρίσκεται στις 90ο ενώ στο τέλος στις 180ο 51

IΣΟΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΚΗ ΣΥΜΠΙΕΣΗ 1-2 Αρχή φάσης 1-2 Τέλος φάσης 1-2 ΙΣΟΟΓΚΗ ΘΕΡΜΑΝΣΗ 2-3 Αρχή φάσης 2-3 Τέλος φάσης 2-3 Αρχή φάσης 3-4 Τέλος φάσης 3-4 Αρχή φάσης 4-1 Τέλος φάσης 4-1 52

ΣΤΕΡΙΑ Η Γερμανική εταιρίας SOLO κατασκευάζει σύγχρονες ηλεκτρογεννήτριες που παράγουν ηλεκτρική ισχύ 2-9 kw από 8-24 kw θερμική ισχύ ΘΑΛΑΣΣΑ 53

ΚΥΚΛΟΣ ERICSSON 54

STIRLING+ERICSSON: Περιλαμβάνουν ένα ΑΝΑΓΕΝΝΗΤΗ δηλαδή ένα εναλλάκτη που χρησιμοποιεί απορριπτόμενη θερμότητα 3 Αναγεννητής 2 4 1 Ισοθερμοκρασιακός συμπιεστής Ισοθερμοκρασιακός στρόβιλος 4 11 1 2 4 2 3 3 ΑΠΟΔΕΙΞΗ ΒΑΘΜΟΥ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΚΥΚΛΟΥ ERICSSON 55

ΑΣΚΗΣΕΙΣ STIRLING -ERICSSON 56

Αέρας ακολουθεί τον κύκλο ERICSSON με λόγο συμπίεσης 10. Για χαμηλή πίεση 200 kpa, χαμηλή θερμοκρασία 100 oc και υψηλή θερμοκρασία 600 oc υπολογίστε το έργο εξόδου και το έργο εισόδου. Πρέπει να υπολογιστούν Για διεργασία σταθερής πίεσης Από τον ορισμό του λόγου συμπίεσης Η τελική απαραίτητη ιδιότητα είναι: 57

ΚΥΚΛΟΣ BRAYTON 58

ΑΝΟΙΚΤΟΣ ΚΥΚΛΟΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΚΑΥΣΗ ΚΛΕΙΣΤΟΣ ΚΥΚΛΟΣ ΕΞΩΤΕΡΙΚΗ ΚΑΥΣΗ 59

ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ΕΙΣΟΔΟΣ ΑΕΡΑ ΘΑΛΑΜΟΣ ΚΑΥΣΗΣ ΕΞΟΔΟΣ ΚΑΥΣΑΕΡΙΩΝ Ροή Εισαγωγή καυσίμου Θάλαμος καύσης ΣΥΜΠΙΕΣΤΗΣ Πτερύγια Συμπιεστή Πτερύγια Στροβίλου 60

ΚΛΕΙΣΤΟΣ ΚΥΚΛΟΣ BRAYTON 61

ΒΑΘΜΟΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΑΠΛΟΥ ΚΥΚΛΟΥ BRAYTON Ιδανικός Brayton Ισχύει από ισεντροπικές μεταβολές: Αντικαθιστώντας στη σχέση του βαθμού απόδοσης: 62

Ροή Εισαγωγή καυσίμου Θάλαμος καύσης Πτερύγια Συμπιεστή Πτερύγια Στροβίλου Ισεντροπικός βαθμός απόδοσης συμπιεστή Πραγματικός κύκλος Brayton με απώλειες στο συμπιεστή και στο στρόβιλο 63

ΒΑΘΜΟΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΚΥΚΛΟΥ BRAYTON 64

ΙΣΕΝΤΡΟΠΙΚΟΙ ΒΑΘΜΟΙ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΣ ΣΥΜΠΙΕΣΤΗΣ 65

ΒΕΛΤΙΩΝΟΝΤΑΣ ΤΗΝ ΑΠΟΔΟΣΗ ΤΟΥ ΚΥΚΛΟΥ BRAYTON ΑΝΑΓΕΝΝΗΣΗ Απλός κύκλος Brayton Kύκλος Brayton με αναγέννηση 66

67

Στην πράξη η θερμοκρασία του αέρα που εξέρχεται από τον αναγεννητή πρέπει να είναι μικρότερη από τη θερμοκρασία του αέρα που εισέρχεται στην κατάσταση 5. Αποδοτικότητα αναγεννητή Για τον ιδανικό αναγεννητή Τ3=Τ5, Άρα ηreg=1 68

ΒΕΛΤΙΩΝΟΝΤΑΣ ΤΗΝ ΑΠΟΔΟΣΗ ΤΟΥ ΚΥΚΛΟΥ BRAYTON ΑΝΑΘΕΡΜΑΝΣΗ Απλός κύκλος Brayton Kύκλος Brayton με αναθέρμανση 69

ΒΕΛΤΙΩΝΟΝΤΑΣ ΤΗΝ ΑΠΟΔΟΣΗ ΤΟΥ ΚΥΚΛΟΥ BRAYTON ΕΝΔΙΑΜΕΣΗ ΨΥΞΗ Απλός κύκλος Brayton Kύκλος Brayton με ενδιάμεση ψύξη 70

ΠΡΟΩΘΗΤΙΚΟΙ ΚΥΚΛΟΙ 71

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ 72

Μικρή επιτάχυνση μεγάλης μάζας ρευστού 73

Μεγάλη επιτάχυνση μικρής μάζας ρευστού 74

Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ΕΙΣΟΔΟΣ ΑΕΡΑ ΘΑΛΑΜΟΣ ΚΑΥΣΗΣ ΕΞΟΔΟΣ ΚΑΥΣΑΕΡΙΩΝ 75

ΣΤΡΑΤΙΩΤΙΚΑ ΟΧΗΜΑΤΑ ΠΛΟΙΑ 76

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ: 1. Κουρεμένος Δ.Α., ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι, Εκδόσεις Συμεων, 1993 2. Schmidt P.S., Ezekoye O., Howell J.R., Baker D., Thermodynamics: An Integrated Learning System, Wiley, 2005. 3. Potter M.C., Sommerton C.W., Thermodynamics for Engineers, Schaums, McGraw-Hill, 1993 4. Moran M.J., Shapiro H.W., Fundamentals of Engineering Thermodynamics, Fifth Edition, John Wiley & Sons, Inc, 2006 77