Detail předmětu

Termomechanika

FSI-6TTAk. rok: 2026/2027

Základní stavové veličiny. Rovnice stavu ideálního plynu. Směsi ideálních plynů. První zákon termodynamiky – teplo, práce, vnitřní energie, entalpie. Druhý zákon termodynamiky, entropie. Vratné a nevratné děje plynů. Tepelné cykly. Termodynamika par, parní tabulky a diagramy. Clausiova–Clapeyronova rovnice. Termodynamické děje v parách. Spalování paliv. Výhřevnost, spalné teplo. Stechiometrické spalovací rovnice. Stechiometrický poměr, součinitel přebytku vzduchu. Termodynamika vlhkého vzduchu – určující veličiny, tabulky, diagramy. Izobarické úpravy vzduchu, odpařování z volné hladiny. Termodynamika proudění plynů a par. Adiabatické proudění dýzami. Cykly plynových a parních tepelných strojů. Kompresory. Cykly chladicích zařízení a tepelných čerpadel. Bezuhlíkové technologie a obnovitelné zdroje energie. Základy přenosu tepla. Stacionární přenos tepla vedením. Přenos tepla konvekcí, teorie podobnosti. Prostup tepla, výměníky tepla. Přenos tepla zářením. Vzájemné záření mezi povrchy.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

prof. Ing. Josef Štětina, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Energetický ústav (EÚ)

Vstupní znalosti

Znalosti z matematiky a fyziky.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

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

Účast na cvičeních je kontrolovaná; v případě omluvené absence je vyžadováno vypracování náhradních příkladů. Znalosti ze cvičení jsou ověřovány formou testů založeného na výpočtu příkladů, s možností jedné opravy. Lze zahrnout i projekty.

Učební cíle

Schopnost provádět technické výpočty v oblasti termodynamiky a přenosu tepla. Aplikovat teoretické znalosti v konstrukčních i technologických oborech.


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 nebo modelování přenosu tepla v strojních soustavách, v plynech, parách, ve stavbách, při technologických procesech.

Základní literatura

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. (EN)
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. (EN)
PAVELEK, Milan. Termomechanika. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2011, 192 s. : il. ; 30 cm + diagramy ([3] složené l.). ISBN 978-80-214-4300-6. (CS)
JAROŠ, Michal a Josef ŠTĚTINA. Termomechanika: sbírka příkladů. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2020. ISBN 978-80-214-5885-7. (CS)

Doporučená literatura

Borgnakke, C. Fundamentals of thermodynamics. 7th ed. International student version, SI version. Hoboken : Wiley, 2009. (EN)
Kreith, F., Bohn, M. S.: Principles of heat transfer. 6th ed., Brooks/Cole, 2001. (EN)
Latif M. Jiji: Heat Transfer Essentials. Begell House; 2 edition, 2002. (EN)
Moran, M. J.: Fundamentals of engineering thermodynamics. 7th ed. Hoboken: Wiley, 2011. (EN)
SUKUMAR Pati Sadhu Singh. Thermal Engineering, 2018 ,Pearson ISBN: 9789353063931 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B-ENE-P bakalářský 2 ročník, zimní semestr, povinný
  • Program B-KSI-P bakalářský 3 ročník, zimní semestr, povinný
  • Program B-MET-P bakalářský 3 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program B-VTE-P bakalářský 3 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program B-ZSI-P bakalářský

    specializace STI , 3 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Josef Štětina, Ph.D.

Osnova

  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. Bezuhlíkové technologie a obnovitelné zdroje energie.  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 rovnice, energetická rovnice. Rychlostní sondy, 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

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Josef Štětina, Ph.D.

Osnova

  1. Stavové veličiny ideálního plynu a směsi ideálních plynů. Kalorimetrické bilanční výpočty. Vratné změny ideálního plynu - stavové veličiny, teplo, práce, změny vnitřní energie, entropie.
  2. Carnotův cyklus, termická účinnost, změny entropie. I. Zákon pro otevřenou soustavu (metoda kontrolních objemů)
  3. Kompresory Cykly spalovacích motorů a plynových turbin.
  4. Termodynamické děje v parách - stavové veličiny, teplo, práce, změny vnitřní energie, entropie. Bezuhlíkové technologie a obnovitelné zdroje energie
  5. Demonstrace provozu a fungování tepelného čerpadla a chladicího zařízení
  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
Tento předmět vznikl za podpory projektu Akcelerace zelených dovedností a udržitelnosti na VUT v Brně s reg. č. NPO_VUT_MSMT-2143/2024-5.