Soojustehnika eksamiküsimused (vastused) (5)

Soojustehnika eksamiküsimused.
Aroni nägemus soojuse eksamist, ei vastuta õigsuse eest ja osad joonised ja asjad puudu ka.
1. Mida käsitleb soojustehnika ja termodünaamika ?
Soojusthenika – teadusharu , mis käsitleb kõiki soojusega seotud nähtusi, kusjuures on rakendusteadus . Alused rajanevad termodünaamikal ja soojuslevil. ST tegeleb soojuse tootmise ja transportimisprotsessidega, samuti jahutusprotsessidega – külmutustehnika.
Termodünaamika – Teadus mis tegeleb erinevate energialiikide vastastikuste muundumistega
(hõlmab keemilisi, füüsikalisi, mehaanilisi, sooojuslike ning elektromagneetilisi nähtusi)
2. Energia mõiste ja mõõtühikud?
Energia – objekti töövõime, töövaru, s.t. kehade võime panna tööle teisi kehi.
Ühikud: Peamine: J(dzaul), J=N*m=kg*m²/s², (kJ, MJ, GJ) , veel: Wh(3600J), cal(4,19J)
3. Primaarenergia ja sekundaarenergia. Energia liigid. Taastuvad ja mittetaastuvad energiavarud .
Primaarenergia – kõik kütused sisaldavad varjatud kujul keemilist energiat see ongi primaarenergia,mis vabaneb põletamisel kateldes soojuse kujul
Sekundaarenergia - see milleks primaarenergia muudetakse( soojus , elektrienergia jne)
Energia liigid: 1) Mehaaniline energia (pot. Energia, kin. Energia, helienergia)
2) Soojusenergia
3) Keemiline energia
4) Elektromagneetiline energia (magnetvälja, kiirguse ja elektrivälja energia)
5) Tuumaenergia
6) Gravitatsioonienergia
Taastuvad energiavarud: päikese, puit, hüdro, tõusude mõõnade, biomassi
Taastumatud energiavarud: fossiilsed kütused
5. Põhimõisted termodünaamikas
Termodünaamilise süsteemi all mõistetakse kehade kogu, mis võivad olla nii omavahel kui ka väliskeskkonnaga energeetilises vastumõjus.
Väliskeskkonnaks nimetatakse termodünaamilist süsteemi ümbritsevat suure mahutavusega keskkonda, mille olekuparameetrid (N: temperatuur, rõhk jne.) ei muutu, kui süsteem mõjutab seda soojuslikul, mehaanilisel või mõnel muul viisil.
Homogeense süsteem: süsteemi kõikides punktides ja osades on aine füüsikalised ja keemilised omadused samasugused.
Heterogeene süsteem: võib esineda eralduspindu ja erinevates osades on aine füüsikalised ja keemilised omadused erinevad.
Süsteemide liigitus:
1)Isoleeritud süsteem – ei toimu TD keha ja väliskeskkonna vahel ei soojuslikku ega mehaanilist vastastikmõju
2) Soojuslikult isoleeritud(adiabaatiline süsteem) – puudub soojuslik vastumõju TD ja KK vahel
3)Suletud süsteemi - puhul puudub aine ja massi vahetus.
4)Avatud süsteem – perioodiline aine ja massi vahetus TD süsteemi ja keskkonna vahel.
Termodünaamiline keha: keha mille abil või vahendamisel toimub soojuse muundamine mehaaniliseks tööks.( gaas / aurud ).
Termodünaamilised olekuparameetrid: termodünaamilist keha iseloomustavad suurused, mis määravad ära keha olekud igal ajahetkel.
Termodünaamiline tasakaaluolek: olek, mis ajas ei muutu. Mehaaniline tasakaal-rõhkude võrdsus. Termiline tasakaal- temperatuuride võrdsus ja püsivus. Kui mõlemad on tasakaalus-täielik tasakaal.
Tasakaalseks termodünaamiliseks protsessiks : protsess, mis kulgeb nii aeglaselt,et igal ajahetkel taastub termodünaamiline tasaakaaluolek. (p-v diagramm). Termodünaamiiseks protsessiks nimetatkse protsessi mille jooksul keha olekuparameetrid muutuvad- jaguneb: tagastatavad protsessid: protsess mis kulgeb läbi ühtede ja samade tasakaalsete olekute nii ühes kui ka teises suunas. Kõik reaalsed protsessid on suuremal või vähemal määral tagastamatud protsessid, kuna nad pole tasakaalus.
Ringprotsess : protsess mille kulgemise käigus termodünaamiline keha läbib igat vahepealset olekut ja tuleb tagasi algolekusse.
6. Termodünaamilised kehad ja nende termilised ja energeetilised olekuparameetrid ja mõõtühikud.
Termodünaamilised kehad – gaasid ja aurud(veeaur) sest nad muudavad oma mahtu väga suurtes piirides nende soojuslikul ja mehaanilisel mõjutamisel.
Termilised olekuparameetrid: erimaht , absoluutne rõhk ja abs. Temperatuur.
1) Erimaht – aine massiühiku maht (v) [ m³/kg]
2) Rõhk – Pinnaühiku normaali suunasmõjuv jõud (p) [Pa, N/m², mmHg, atm, bar, psi]
3) Temperatuur – Absoluutne temperatuur (T) [K]
Energeetilised olekuparameetrid: Siseenergia , entalpia , entroopia

Siseenergia (U) [J]

Entalpia (H) [J]

Entroopia (S) [J/K]
7. Absoluutse rõhu , ülerõhu ja alarõhu mõiste.
Absoluutne rõhk – gaasi tegelik rõhk ja saadakse siis kui rõhu mõõtmisel võtta 0-nivooks absoluutne vaakum .
Ülerõhk – rõhk mis on kõrgem atmosfääri rõhust. Nim. ka manomeetriline rõhk
Alarõhk – rõhk mis on madalam atmosfääri rõhust. Nim. ka vaakummeetriline rõhk.
8. Temperatuuri skaalad .
Fahrenheit kasutusel ameerikas, Celsisus (t=C) kasutatakse rahvusvaheliselt 0 on vee sulamistemperatuur ja 100 vee keemistemperatuur . Kelvini skaala, samm on sama mis Celsiuse skaala puhul aga 0ks loetakse absoluutset nulli.
9. Ideaalgaasi mõiste. Ideaalgaaside olekuvõrrandi kolm erikuju. Ära märkida suurused, mis figureerivad nendes võrrandites ja millised on nende mõõtühikud.
Ideaalgaas – nimetatakse gaasi mille molekulide vahel puuduvad vastatikused jõud ja molekulide maht loetakse tühiselt väikeseks.
pv = RT – Clapeyroni võrrand
pV= MRT
pVμ = 8314T
p – rõhk [Pa, N/m², mmHg, atm, bar, psi]
v - Erimaht [ m³/kg]
R – suhteline gaasikonstant [J/kg*K]
T – absoluutne temperatuur [K]
V – ruumala [m³]
M – gaasi mass [kg]
μ – moolmass [kg/kmol]
10. Ideaalgaaside põhiseadused
1) Boyle – Mariotte’ seadus: Kui gaasi oleku muuts tõimub konstantsel temperatuuril siis erimahud suhtuvad pöördvõrdeliselt rõhku: T= const (isotermiline)
2) Gay – Lussaci seadus: Kui gaasi olekumuutus toimub konstantsel rõhul siis erimahud suhtuvad võrdeliselt absoluutsete temperatuuridega: p=const(isobaariline)
3) Charles’ seadus: Kui gaasi olekumuutus toimub konstantsel erimahul siis rõhud suhtuvad võrdeliselt absoluutsete temperatuuridega: v=const( isohoorne )
11. Ideaalgaaside segud. Partsiaalrõhu mõiste. Daltoni seadus. Gaasikomponendi suhteline osamass ja suhteline osamaht.
*Ideaalgaaside segu on ideaalsete gaaside mehaaniline segu, mille puhul kehtivad samuti idealgaaside olekuvõrrandid. Iga gaas segus võtab enda alla kogu segu mahu ja omandab segu temperatuuri.
*Partsiaalrõhk – kui iga üksikgaas avaldab anuma seintele kindlat rõhku ja üksikuid gaase millest segu koosneb nim. gaasi komponentideks siis üksiku komponendi rõhku nim. partsiaalrõhuks.
* Daltoni seadus – gaasi segu rõhk võrdub komponentide partsiaalrõhkude summaga
[Pa]
Suhteline osamass:
Suhteline osamaht : ;
M on segu kogumass, V on segu koguruumala, Mi on komponendi mass, Vi on komponendi ruumala.
12. Soojusmahtuvuse ja erisoojuse mõiste. Nende matemaatilised avaldised ja mõõtühikud.
Soojusmahtuvus – nim. soojushulka, mis on vaja juurde juhtida kehale, et tõsta tema temperatuuri 1 kraadi võrra.(oleneb aine massist, mida suurem seda rohkem soojust vaja)
; [J/K] diferentsiaalkuju : C=dQ/dt
Erisoojus – nim. soojushulka mis on vaja juurde juhtida ühele hulgaühikule, et tõsta temp. 1 kraadi võrra.
; [J/kg*K] diferentsiaalkujul: c=dq/dt
13. Erisoojuste liigitus. Erinevate erisoojuste liikide täpne definitsioon ja mõõtühik. Mayeri võrrand.
1) Masserisoojus – Erisoojus 1 kg aine kohta. (c) [J/kg*K]
2) Mahterisoojus – Erisoojus 1 m³ gaasi kohta normaaltingimustel (c’) [J/m³*K]
3) Moolerisoojus – Erisoojus 1 mooli gaasi kohta (cμ) [J/kmol*K]
Termodünaamikas kasutatakse kas isobaarset (cp, cp’, cμp) või isohoorset(cv, cv’, cμv) erisoojust.
Mayeri võrrand: cp – cv = R [J/kg*K]
14. Reaalgaaside mõiste. Reaalgaasi pv diagramm koos seletusega. Reaalgaaside põhiomadus.
Reaalgaasid – Looduses esinevad gaasid, mille omadused erinevad ideaalgaaside omadest.
Kui ideaalgaasi puhul z=pV/RT = 1 siis reaalgaaside puhul z≠1 (aga võib ka =1)
Põhiomadus – Igat reaalgaasi saab veeldada (kondenseerida) allpool kriitilist punkti.(rõhku)
Diagramm:
16. Mehaaniline ja tehniline töö, nende matemaatilised avaldised ja graafiline kujutamine olekudiagrammil.
Mehaaniline töö – seotud termodünaamilise keha muutusega ja määratakse TD keha mahu muutuse järgi, kui gaas teeb tööd ja maht suureneb siis positiivne kui aga väheneb siis negatiivne. Avaldis :
, ka need valemid mis joonisel on.
Tehniline töö – Kasutatakse lahtiste TD süsteemide korral kui rõhk ka muutub. Võibki öelda et tehniline töö on rõhu muutuse töö. Tehniline töö määratakse rõhumuutuse järgi kui toimub paisumine (rõhulang) siis loetakse positiivseks ja kui kokkusurumine siis negatiivseks.
Avaldis: , ka need valemid mis joonisel on.
17. Siseenergia mõiste ja mõõtühik. Ideaalgaasi ja reaalgaasi siseenergia mat. avaldised.
Siseenergia – gaasi molekulide liikumise energia(U) [J]
Ideaalsel gaasil – Kineetiline siseenergia, sest pot. Siseenergia on 0 : , kus k on boltzmanni konstant
Reaalgaasidel – Kineetilise ja potentsiaalse siseenergia summana:
18. Termodünaamika I seaduse sõnastus ja matemaatilised avaldised.
Termodünaamika esimeseks seaduseks on energia jäävuse seaduse erijuhtum, mida rakendatakse ainult soojuslikel juhtudel. Termodünaamika I seaduse matemaatilise kuju saame siis kui arutleme järgmiselt. Olgu meil gaas: mahuga – V, massiga – M, rõhuga – P, temperatuuriga – T. Juhime gaasile juurde mingisuguse elementaarse soojushulga dQ siis temperatuur tõused dT võrra, suureneb maht dV ja suureneb siseenergia dU. Paisumisel on gaas võimeline tegema tööd dL. Ehk dQ->dT->dV->dU->dL, järelikult kulub siseenergia suurendamiseks ja töö tegemiseks. dQ=dU+dL ,[J] (jagades selle M – massiga) saame dq=du+dl ,[J/kg]
Ühesõnaga soojushulk dQ kulutatakse siseenergia tõstmiseks ja töö tegemiseks.
19. Entalpia mõiste ja mat. avaldis koos seletusega.
Entalpia – soojussisaldus, mis on üks TD keha olekuparameeter, mis on soojustehnikasse sisse viidud et hõlbustada soojustehnilisi arvutusi .
Termodünaamilise keha entalpiaks nimetatakse siseenergia (u) ja rõhuenergia (pv) summat :
[J]
[J/kg]
20. Entroopia mõiste ja mat. avaldis koos lahtiseletustega ning mõõtühik. Entroopia diagramm, mida kujutab sellel diagrammil joone alune pindala?
Entroopia – Puhtformaalselt TD-sse sisse viidud parameeter mis saadi matemaatiliste arvutuste tulemusel ja mis lihtsustab soojustehnilisi arvutusi. (S) [J/K]
Soojenemisel entroopia ehk korrapäratuse aste suureneb ja jahutamisel väheneb.
Joone alune pinala näitab q-d ehk protsessist osavõtvat soojushulka. Joonis õpik lk 48.
21. Termodünaamika II seaduse tuntumad sõnastused.
1) Kogu soojust ei ole võimalik muundada tööks.( soojuskaod )
2) Soojus ei saa ise minna madalama temperatuuriga kehalt kõrgema temperatuuriga kehale selleks on vaja tööd teha.
3) Soojus läheb alati soojemalt kehalt külmemale.
22.(23) Termodünaamilised põhiprotsessid ja nende graafiline kujutamine pv- ja Ts-diagrammil.
1)Isohoorne(isohooriline) – protsess, mis kulgeb konsantsel mahul (V=const) , näiteks gaasi kuumutamine kinnises anumas .
2) Isobaarne protsess – Protsess, mis kulgeb konstantsel rõhul. (p=const)
3) Isotermiline protsess – Protsess, mis kulgeb konstantsel temperatuuril. (T=const.)
4) Adiabaatne protsess – Protsess, mis toimub ilma soojusvahetuseta välis või übritsevasse keskkonda. (q=0, s=const- tagastatava puhul)
5) Polütroopne protsess - nimetatakse termodünaamilist protsessi mis kulgeb konstantsel erisoojuse väärtusel. ehk , polüentroopseks võib nimetada igasugust protsessi, mis kulgeb konstantsel erisoojusel. Neid saab rühmitada kolme rühma :
I – protsessides soojus mis juhitakse protsessi kulutatakse nii gaasi siseenergia suurendamiseks kui ka mehaanilise töö tegemiseks.
II – protsessides toimub gaasi siseenergia vähenemine ja töö sooritatakse osaliselt gaasi siseenergia vähenemise ja osa välissoojuse arvel.
III – protsessides töö sooritatakse ainult gaasi siseenergia vähenemise arvelt ja temperatuur väheneb ning väljast soojust juurde ei lisata.
24. Veeaur ja tema kasutamine tehnikas. Veeauru saamine. Kuiv niiske ja ülekuumendatud veeaur. Veeauru kuivusastme mõiste.
Veeaur – on vesi mis on gaasilises olekus.
Veeauru kasutatakse väga laialdaselt termodünaamilise kehana aurujõuseadmetes (teeb tööd) ja soojuskandjana soojusvahetites(boilerites) ning soojuskandjana keskküttesüsteemis (radikad).
Veeauru on võimalik saada: a) Tavalise aurustumise teel, mis toimub igasugusel temperatuuril ja mida kõrgem on temp seda intensiivsemalt toimub aurustumise protsess.
b) Vee keemisel – Kuumutatakse keemistemperatuurini siis vesi aurustub. Keemine on intensiivne aurustumisprotsesss, mis toimub kogu vedeliku mahu ulatuses.
Auru, mis tekib vahetult vee keemisel nimetatakse küllastunud auruks jaguneb 2ks:
Kuiv aur – Aur, mis ei sisalda üldse vedelat faasi, tekib kui niiskele aurule soojust juurde anda
Niiske aur – Kuiva auru ja keeva vee mehaaniline segu.
Ülekuumendatud aur – Kui kuiva auru veel soojendada siis tekib ülekuumndatud aur, mille temperatuur on kõrgem selle vedeliku keemistemperatuurist või küllastustemperatuurist.
Niisket auru iseloomustatakse kuivusastmega X.
M´´ - kuiva auru mass (kg) mis sisaldub niiskes aurus) ja M´ - keeva vee mass (kg) mis sisaldub siiskes aurus. (kui x=0 on tegu veega, kui x=1 on tegu kuiva auruga.)
25. Veeauru tabelid ja olekudiagrammid. Tabelite struktuur ja diagrammide skeemid.
Kuna veearu olekuparameetrite vahelised seosed on väga keerulised siis praktiliste ülesannete lahendamisel kasutatakse veeauru tabeleid.(eraldi tabelid on ülekuumendatud aurule).
Tabelites on antud vastavas olekus veeaurule vastavad olekuparameetrid.
26. Vee aurustumisprotsessi kujutamine pv ja Ts diagrammidel koos seltustega.
Eelmine punkt + vihikust loeng 8 juurest.
27. Ringprotsessi mõiste. Ringprotsessi kujutamine pv ja Ts diagrammidel. Tingimused ringprotsessi kulgemiseks. Termilise kasuteguri mõiste ja matemaatiline avaldis.
TD ringprotsessiks nimetatakse protsessi mille käigus TD keha läbib erinevad olekud ja tuleb tagasi algolekusse, selleks on vaja läbida vastupidine protseess ehk komplimeerimine ja komplimeerimiseks on vaja välis tööd.
Tehniline kasutegur näitab kuivõrd efektiivselt kasutatakse ära juurde juhitud soojushul q:
28. Otsese ja pöördringprotsessi mõiste. Millised seadmed töötavad nende alusel. Jahutusteguri mõiste ja matemaatiline avaldis koos seletusega.
TD otseseks ringprotsessiks nimetatakse protsessi mille käigus TD keha läbib erinevad olekud ja tuleb tagasi algolekusse, selleks on vaja läbida vastupidine protseess ehk komplimeerimine ja komplimeerimiseks on vaja välis tööd. Näit: soojusjõuseadmed ja mootorid .
Pöördringprotsessiks nim. seda kui esimesena toimub komplimeerimine ja pärast paisumine. Näiteks: Külmutuseseadmed ja soojuspumbad.
Jahtustegur näitab külmutuseadme efektiivsus, mida suurem arv seda efektiivsem
, q1 – juurde juhitud soojushul , q2- kaduma minev soojushulk.
29. Carnot otsene ringprotsess pv(Ts) diagrammil. Termilise kasuteguri avaldise tuletus .
Ts – diagrammilt:
,sest
30. Carnot pöördringprotsess pv ja Ts diagrammil koos seletusega. Jahutusteguri avaldise tuletus.
Need diagrammid ainult teistpidi.
Eelmise punkti põhjal:
, siis
Ei ole kindel aga äkki:
32. Termodünaamilise keha voolamise põhivõrrandid. Düüsi ja difuusori mõiste. Kitsenev ja laienev düüs. TD keha olekuparameetrite muutus düüsis ja difuusoris.
Põhivõrrandid:
Düüsiks nimetatakse muutuva ristlõikega kanalit mille läbimisel termodünaamilise keha voolus kiireneb .
ja .
Difuusor kujutab endast ümberpööratud düüsi ning protsess on ka pööratud, kiirus ja kineetiline energia väheneb (potentsiaalne tõuseb).
ja . Neid kasutatakse N: sentrifugaalides, kompressorites, reaktiivmootorites.
33. Termodünaamilise keha drosseldamise olemus. Drosseldamist iseloomustav skeem.
Voolava vedeliku, gaasi, auru jne. rõhu vähendamine takistuse ehk drosseli abil. Mida suurem on takistus seda suurem on rõhulang. Drosseldamisel juga kiireneb. Joonis TV ja vihikus.
37. Otto ringprotsess pv ja Ts diagrammil koos seletusega. Mootori surveastme mõiste.

1.-2. Küttesegu isoentroopne komplimeerimine silindris

2. Segu süütamine

2.-3. Isohoorne põlemine

3.-4. Gaaside adiabaatiline paisumine (lükkavad silindrit)

4.-1. Soojuse isohoorne eemaldamine mootori silindrist .
Paisumistöö – komplimeerimistöö = kasulik töö
Üheks põhiliseks karakteristikuks sisepõlemismootoritel on surveaste, mis väljendab silindri kogumahu(V1) ja põlemiskambri mahu (V2) suhet
. Autodel kuni 10
38. Diseli ringprotsess pv ja Ts diagrammil koos seletusega.

1.-2. Siin komplimeeritakse õhk.

2. Õhu temperatuur peab ületama kütuse isesüttimise temperatuuri siis pihustatakse suruõhuga kütus põlemiskambrisse.

2.-3. Isobaarne põlemine

3.-4. Adiabaatiline paisumine

4.-1. Soojuse isohoorne eemaldamine (gaasid viivad soojuse ära).
39. Segaringprotsess (Trinkler – Sabathi) pv ja Ts diagrammil koos seletustega.

1.-2. Õhu komplimeerimine

2. Isesüttimise temperatuur

2.-2.’ Isohoorne põlemine

2.’-3. Isobaarne põlemine

3.-4. Adiabaatne paisumine

4. Alumine surnud seis

4.-1. Soojuse isohoorne eemaldumine.
40(41). Gaasiturbiinseadmed ja nende ringprotsessid. GTS-i põhiagregaadid.
Gaasiturbiinseadmetes toimub soojuse muundamine suure kiirusega liikuva gaasivooluse kin. Energiaks ja seejärel kin. Energia muundamine mehaaniliseks tööks gaasiturbiinis. Kui SPM toimusid kõik protsessid silindri sees, GTS puhul on iga protsessi jaoks eri agregaat ( kompressor , turbiin ). Gaasiturbiinseadmete jaoks on välja töötatud 2 teoreetilist protsessi: ringprotsess kütuse isobaarse põlemisega ja isohoorse põlemisega, tänapäeval praktikas kasutatakse peamiselt isobaarse põlemisega sest nende põlemiskambri konstruktsioon on tunduvalt lihtsam ja kindalm võrreldes isohoorsega.
PK – põlemiskamber(katel)
K – Kompressor
T- Turbiin
S- Elektrigeneraator
Need ongi põhiagregaadid.
Õhk rõhul p1 viiakse kompressorisse kus see komplimeeritakse rõhuni p2, see järel läheb edasi põlemiskambrisse kus talle antakse juurde kütus ning seal toimub põlemine põlemisgaasid rõhul p3=p2 panevad gaasiturbiini pöörlema ja see omakorda paneb elektrigeneraatori tööle. Pärast turbiini läbimist põlemisgaasid juhitakse atmosfääri.
42. Isobaarse põlemisega GTS-i ringprotsess pv ja Ts diagrammil koos seletusega.

1.-2. Õhu isoentroopne kompromeerimine p1 kuni rõhuni p2 kompressoris.

2.-3. Isobaarne põlemine vabaneb soojushulk q1, kasutatakse vedel ja diiselkütuseid

3.-4. Põlemisgaaside isoentroopne paisumine gaasiturbiinis

4.-1. Töötanud gaaside ärajuhtimine, millega kaasneb soojuskoadu q2
44. Aurujõuseadme põhimõtteskeem koos seletusega.

Aurukatel

Auru ülekuumendi

Auruturbiin

Generaator

Kondensaator

Toitepump

tsirkulatsioonipump
Vesi suunatakse toitepumba abil aurukatlasse kus see läheb keema , edasi läheb keev aur ülekuumendisse kus aur ülekuumutatakse, edasi liigub ülekuumutatud aur turbiini ja paneb turbiini labad pöörlema mis oma korda paneb generaatori tööle, mis hakkab elektrit jne. tootma . Edasi liigub veeaur kondensaatorisse kus ta kondenseeritakse veeks tagasi ja hakkab uuesti otsast peale.
45. Aurujõuseadme (Rankine) ringprotsess Ts diagrammil koos seletusega. Termilise kasuteguri avaldise tuletus.

3.-3.’ Vee isoentroopne komplimeerimine toitepumbas

3.’-4. Vee kuumutamine katlas keemistemperatuurini (+q1’)

4.-4.’ Aurustumine (+q1’’)

4.’-1. Auru ülekuumendamine
(+q1’’’)

1. Aur parameetritega p1 ja t1 suundub turbiini ja seal toimub auru isoentroopne paisumine p1lt p2le.

2.-3. Auru isobaarne kondenseerumine kondensaatoris, soojus antakse jahutusveele....
Termilise kasuteguri avaldise tuletus: kasulik töö
46. Auru alg ja lõpp parameetrite mõju Rankine ringprotsessi termilisele kasutegurile.
Termiline kasutegur tõuseb kui tõsta algparameetreid turbiini sisenemisel(ps.1) , seetõttu kasutatakse auruseadmetes võimalikult kõrgeid algparameetreid t1=..600 C ja p1= 25..30 Mpa
Samuti tõuseb termiline kasutegur kui lõppparameetrid on võimalikult madalad see tähendab kasutatakse niipalju kui võimalik ära TD kehas. Näiteks mõnedes t2=25C ja p2=0,004 Mpa
50. Elektri ja soojuse koostootmise(termofikatsiooni) olemus. Koostootmise kasuteguri avaldis.
Kogu jaama kasutegurit saab tõsta soojuse ja elektrienergia koostootmisega see tähendab, et kasutatakse ära turbiinist väljuva vee(auru) soojus ja sellist soojuse ja elektrienergia koostootmist nimetatakse termofikatsiooniks. Selleks, et kondensaadi temperatuur oleks piisavalt kõrge, et seda saaks ära kasutada, on vaja et turbiinist väljuva vee rõhku p2=0,1MPa, ja et kondensaadi temperatuur oleks 80-100 kraadi.
, kus q1- katlasse juurde juhitud soojus, lo- tehniline töö, q2- kondensaadi soojus mida kasutatakse ära pärast turbiinist väljumist.
53. Soojuse transformatsiooni olemus. Soojuse transformatsiooniprotsesside liigitus ja iseloomustus. T2=Ta ja T1=Tü
Soojustransformatsiooniks nimetatakse soojuse ülekandumist madalama temperatuuriga kehalt kõrgema temperatuuriga kehale. . Nende töö põhineb pöördringprotsessidel. Viimastest kõige täiuslikum on Carnot’ pöördringprotsess. Sõltuvalt soojust andva ja soojust vastu võtva keha temperatuurinivoost väliskeskkonna temperatuuri suhtes jaotatakse soojuse soojuse transformeerimise protsessid ja soojustransformaatorid kolme rühma:
1)Külmutus- või jahutusprotsessid. Külmutusprotsessides (alla 0 kraadi) on alumise soojusallika temp (soojust andva keha temp T2) alati madalam väliskeskkonna temp-st T0. Ülemise soojusallika temp on võrdne välistempiga T1=T0 (seega toimub külmutusseadmetes soojusülekanne madalama temp-ga kehalt T2 väliskeskkonda temperatuuriga T0) ning T2T0 . Kui T2=T0 siis on soojusallikaks väliskeskkond (õhk, maasoojus, põhjavesi jne), kui aga T2>T0 siis on soojusallikaks väliskeskkonnast kõrgema temp-ga keha, näiteks kanalisatsioonivesi või jahutusvesi.
3) Kombineeritud külmutus – soojuspumpprotsessid. Nendes protsessides on alumise soojusallika T2T0 . T1 küttesüsteemi tagasivoolu vesi, saab toota nii sooja kui külma.Kasutatakse harva, suur energiakulu .
56. Aurukompressorkülmutusseadme põhimõtteskeem koos seletusega. Külmutusagensid ja nende omadused.

Kolbkompressor

Drosselreguleerventiil

Elektrimootor

Kondensaator

Külmkamber
Kompressoris komplimeeritakse külmutusagensi kuiv aur rõhult p1 rõhule p2. Siis ta liigub edasi kondensaatorisse kuhu ta annab ära soojuse ja pärast kondensaatroit on ta vedel. Siis drosseldatakse drosselventiilis, mille tulemusen rõhk langeb p2lt p1ni ja temp langeb ning osa külmutusagenssi aurustustub ja tekib niiske küllastunud aur mis siseneb külmkambrisse.
Külmutussedmetes kasutatavaid TD kehi nimetatakse külmutusagenssideks. Töötavad pöördringprotssesides. Külmutusagenssidena kasutatakse madalatel temperatuuridel keevate vedelike aurusid. Näiteks: Freoonid ja amoniaaki(kuna toksiline siis vähe)
Omadused:
*madal külmusmistemperatuur ja madal keemistemp et saaks kasutada külmutusseadmetes.
*head soojusülekande omadused.
*väike viskoosus et voolaks kiiresti seadmetes.
* tuleohutu , mitte toksiline, ei tohiks loodusele kahjulik olla.
57. Aurukompressorkülmutusseadme ringprotsess Ts diagrammil.Jahutusteguri avaldis.
1.Kompressoris komplimeeritakse külmutusagensi kuiv aur rõhult p1 rõhule p2. 1.-2.Siis ta liigub edasi kondensaatorisse kuhu ta annab ära soojuse
3. pärast kondensaatroit on ta vedel.
5.Siis drosseldatakse drosselventiilis, mille tulemusen rõhk langeb p2lt p1ni ja temp langeb ning osa külmutusagenssi aurustustub ja tekib niiske küllastunud aur mis siseneb külmkambrisse.
Jahutustegur:
,sest qo=h1-h4 ja lk=h2-h1
59. Soojulevi liigid ja nende olemus ja iseloomustus.
Soojuslevi on soojusleviku protsess erinevate kehade vahel, lehade sees ja soojuslevil keskkonda. Soojuslevi jaguneb 3ks ja need on:

Soojusjuhtivus – Soojuse leviku protsess kehade sees, mis on tingitud selle aine elementaarosakeste liikumisest temperatuuride vahe olemasolul. Esineb kõigis kehades (vedelik, gaas, tahke) kõige tugevam metallides.

Konvektsioon ehk konvektiivne soojuslevi – Erineva temperatuuriga vedeliku või gaasi masside liikumine ja omavaheline segumine. On nii loomulik( soojema ja külmema keha masside erinev tihedus) kui sundkonvektsioon (kui kehad puutuvad kokku näiteks vesi radiaatoris).

Soojuskiirgus – Soojuse levi elektromagnetlainetuse teel(infra puna kiirgus), kõik kehad kiirgavad natuke(päike rohkem, kapp vähem).
60. Soojusjuhtivus. Temperatuuri väli ja temperatuuri gradient. Fourier ’ seadus.
Soojusjuhtivus – Soojuse leviku protsess kehade sees, mis on tingitud selle aine elementaarosakeste liikumisest temperatuuride vahe olemasolul.
Keha temperatuuriväljaks - nimetatakse selle keha temperatuuride väärtuste kogumit selle ruumi või keha kõikides vaadeldavates punktides.
Temperatuuri gradiendiks – nimetatakse mingisuguses punktis temperatuuuri juurdekasvu piirväärtust isotermide vahelise ristlõigu pikkusele [ lim(dt/dn) ] joonis. Vihikus
Temperatuuri muutus on maksimaalne ja temp.muutumise kiirus on max. Normaali suunas.
Fourier seadus – Soojusvoog kehades on võrdeline temperatuuri gradiendiga :
[W/m²] , kus lambda on soojusjuhtivustegur .
61. Soojusjuhtivusteguri mõiste. Millest oleneb materjalide ja ainete soojusjuhtivustegur ja kuida? Mõningad näitet selle väärtusest erinevatele materjalidele.
Lambda on soojusjuhtivustegur ehk võrdetegur, mis iseloomustab antud materjali võimet juhtida soojust ja see oleneb ainest millest keha koosneb, agregaatolekust, aine struktuurist, tihedusest, poorsusest, niiskusest ja keha temperatuurist. Kui on poorne ja kuiv materjal siis halvem soojusjuht , vedelike ja metalli sulamite puhul temperatuuri tõusul lambda väheneb, gaasidel , puhaste metallide ja mittemetallidel tõuseb.
Mõned väärtused: Vesi(0,6 W/m*K), Õhk(0,025-0,05), Cu(360), Al(220), Klaas(0,75)
62. Soojusjuhtivus ühekihilises tasapinnalises seinas. Soojushulga valemi tuletus vastava skeemi alusel. Seina termilise takistuse mõiste.
Tuletus ja skeem vihikus.
Termiline takistus:
[m²*K/W]
Rλ on seina termiline takistus mis iseloomustab kui palju on takistatud ühe W energia ülekandumine ühe sekundi jooksul läbi seina mille pindala on üks ruutmeeter ning mille pindade temperatuuri erinevus on 1 K. Ehk mida suurem on see tegur seda suurem on temperatuuride vahe seina erinvatel pooltel.
63. Soojusjuhtivus mitmekihilises tasapinnalises seinas. Soojushulga valemi tuletus vastava skeemi alusel.
Vihik on ka tore asi.
64. Konvektiivne soojuslevi. Newtoni valem.
Konvektsioon ehk konvektiivne soojuslevi – Erineva temperatuuriga vedeliku või gaasi masside liikumine ja omavaheline segumine. On nii loomulik( soojema ja külmema keha masside erinev tihedus) kui sundkonvektsioon(kui kehad puutuvad kokku näiteks vesi radiaatoris). Praktikas konvektsioon on soojusseadmetes tahke keha pinnal ja voolava vedeliku või liikuva gaasi vahel. Sõltub: TD keha füüsikalistest omadustest(tihedus, viskoosus, erisoojus jne.), TD keha voolamise kiirusest, voolamisreziimist(laminaarne või turbulentne), seina pinna karedusest.
Newtoni valem:
[W/m²] , alfa – konvektiivne soojusülekandetegur
65. Konvektiivne soojusülekandetegur. Millistest faktoritest ta oleneb ja kuidas. Soojusülekandetegurimääramine.
Konvektiivne soojusülekandetegur(alfa) on võrdetegur, mis iseloomustab kuidas soojus kandub konvektiivselt üle. . Sõltub: TD keha füüsikalistest omadustest(tihedus, viskoosus, erisoojus jne.), TD keha voolamise kiirusest, voolamisreziimist(laminaarne või turbulentne), seina pinna karedusest. Kui turbulentne siis alfa suurem, kui pind kare siis alfa suurem, kui viskoosne siis suurem), voolamise kiiruse suurendes alfa suureneb.
Kuna oleneb paljudest faktoritest siis raske määrata ning määratakse katseliselt, et seda leida kasutatakse sarnasusteooriat – määrab ära millised kehad ja nähtused on sarnased ning milliseid katsetulemusi saab kasutada. Et nad oleksid sarnased siis peavad neil võrdsed olema spetsiaalsed sarnasusarvud on olemas: Nusselti, Reynoldsi, Prantli ja Grashoffi arv. Nendest koostatakse kriteriaalvõrrandid kus Nusselti arv on funktsioon ja teised arvud on muutujad. Ja siis sellest võrrandist leitakse nusselti arv ja selle abil leitakse see tegur.
66. Soojuskiirguse olemus ja põhimõisted. Spektraalne(monokromaatiline) ja integraalne kiirgus. Omakiirgus, efektiivne kiirgus ja resulteeruv kiirgus.
Soojuskiirgus on elktromagneetiline lainetus ja nende lainete allikaks on kehade koostises olevad materjaalsed osakesed(elektronid, ioonid ). Igasugust kiirgust iseloomustab lainepikkus ja sagedus. Soojuskiirgus oleneb: keha temperatuurist, tahke keha kiirgab pinnalt ja oleneb värvi koostisest. Mõõdukatel temperatuuridel on tegu IP kiirgusega. Kõrgematel temperatuuridel lisandub ka valguskiirgus . Soojuskiirguse diapasoonist oleneb kas on IP(0,4-0,8μm) või valguskiirgus(0,8-800μm). Kiirgus mis vastab lainepikkuste kogu spektrile nimetatakse intgraalseks kiirguseks ja kiirgust, mis vastab kitsamale spektrile nimetatakse monokromaatiliseks kiirguseks(ehk spektraalseks kiirguseks).
Resulteeruv kiirgus on keha poolt väljasaadetava energiahulga E ja samal ajal vastuvõetava energiahulga AElang vahe Keha pinnalt väljuv kiirusvoog on summa keha temp määratud omakiirgusest E ja pealelangeva kiirgusvoo Elang sellest osast, mis peegeldub tagasi RElang.Väljuvat kiirgusvoogu nimetatakse efektiivseks kiirgusvooks: .
Omakiirgus on kiirgus mis keha kiirgab enda pinnalt arvestamata ei langevat ega peegelduvat kiirgust.
67. Kehale langeva soojuskiirguse bilansi võrrand. Neeldumisteguri, peegeldusteguri ja läbitavusteguri mõiste koos vastavate matemaatiliste avaldistega.
Kehale langev soojuskiirguse energia on võrdne vastavalt keha neeldumisteguri peegeldumisteguri ja läbitavusteguri summaga: . Kui see läbi jagada Q0-ga siis tekib avaldis ehk A+R+D=1 , kus A – neeldumistegur, mis näitab kui suur osa kehale langevast kiirgusest kehasse neeldub. R – peegeldumistegur, mis näitab kui suure osa kehale langevast kiirguses keha peegeldab. D – Läbilasketegur, kui suure osa kiirgusest keha läbi laseb . Qa/Qo+Qr/Qo+Qd/Qo=1 , A+R+D=1
68. Soojuskiirguse põhiseadused. Keha mustusastme mõiste. Millest oleneb mustusastme väärtus.
1) Planci seadus: Planc määras teoreetilise musta keha spektraalse kiirgusintensiivsuse sõltuvuse keha temperatuurist ja lainepikkusest ja seda kujutab hästi daigramm vihikus.
Järeldused sellest: tempi suurenemisel kiirgusintensiivsus suureneb, kuni saavutab maksimumi ja siis väheneb kuni 0ni. Temp tõusul kiirgusintensiivsuse maksimum nihkub lühemate lainepikkuste poole.
2) Stefan -Boltzmani seadus: Absoluutselt musta keha kiirgusintensiivsus on võrdeline abs. Temperatuuri neljanda astmega.
3) Kirchhoffi seadus: Kõikide kehade kiirgusvõime ja neeldumisvõime suhe E1/A1 ühesugustel temperatuuridel on võrdne ja võrdub seejuures absoluutselt musta keha kiirgusintensiivsusega.
Kiirgusintensiivsuse ja absoluutselt musta keha kiirgusintensiivsuse suhet nimetatakse mustusastmeks. Mustusaste oleneb temperatuurist, pinna omadustest ja pealiskihi olukorrast.
70. Soojusläbikande mõiste. Soojusläbikanne ühekihilises tasapinnalises seinas. Valemi tuletus vastava skeemi alusel.
Soojusläbikandeks nimetatakse komplitseeritud soojuse levi viisi, kus soojus antakse üle voolavalt vedelikult või gaaasilt tahke keha pinnale konvektsiooni ja kiirguse teel. Läbi tahke keha pinna soojus levib edasi soojusjuhtivuse teel ja edasi tahke keha teiselt pinnalt antakse soojus edasi konvektsiooni ja kiirguse teel mingisugusele teisele vedelikule või gaasile. Seda seina nim. küttepinnaks.
[W] , kus k on soojusläbikande tegur.
Valemi tuletus ja skeem vihikus.
71. Soojusläbikanne mitmekihilises tasapinnalises seinas.
Valem sama : ,skeem teine, selle saab vihikust koos tuletusega
72. Soojusvahetite liigitus ja iseloomustus. Soojusvahetite arvutuse üldalused. Konstruktsiooni arvutus ja kontrollarvutus.
Soojusvahetiks nimetatakse tehnilist seadet, milles toimub soojuse ülekandmine kõrgema temperatuuriga keskonnalt(kehalt) madalama tempiga keskkonnale(kehale). Jagunevad:
1) Rekuperatiivsed soojusvahetid – töötavad statsionaarsel soojuslikul reziimil ja soojusvoolul on kindel suund. Jagunevad omakorda 2te alarühma: Pindtüüpi(pärivoolu, vastuvoolu , ristivoolu ja segavoolu) soojusvahetid ja segunemissoojusvahetid.
2) Regenartiivsed soojusvahetid – Soojusvoolu suund perioodiliselt muutub.
Soojusvahetite soojustehniliste arvutuste aluseks on eelpool vaadeldud soojusülekande valemid ja nendele lisandub veel soojusbilanssi võrrand. Olenevalt eesmärgist võib soojusvaheti arvutusmeetod olla kahesugune:
1) Konstruktsiooni(dimensiooni) arvutus – Viiakse läbi soojusvaheti projekteerimisel, et määrata SV kütte või jahutuspind. Arvutuste tegemiseks peab olema teada soojuskandjate massikulu, temperatuur ja ülekantav soojust hulk Q mis määratakse soojusbilansi võrrandist.
2) Kontrollarvutus – Tehakse töötava SV puhul kui on vaja määrata SV ülekantav soojushulk ja soojuskandjate temperatuuri soojusvahetist väljumisel. Tavaliselt kaasneb sellega ka hüdrauliline arvutus, millega leitakse rõhukaod ja selle järgi valitakse pumba võimsus.
74. Kütused. Nende liigtus, koostis ja põhilised karakteristikud .
Kõige enam kasutatakse orgaanilist kütust, kasutatakse ka tuumkütust. Orgaanilise kütuse all mõistetakse ainet mille keemilisel ühinemisel oksüdeerijaga (tavaliselt hapnikuga) eraldub suurel hulgal soojust.
Liigitatakse:

Fossilkütused – põhiliseks koostiseks on süsisnik(C) , näit: org. Kütused

Looduslikud tahked kütused – puit, turvas , kivisüsi.

Looduslikud vedelkütused – Nafta .

Tehis vedelkütused – Kütteõli, bensiin , petrool.

Looduslikud gaaskütused – maagaas

Tehisgaasid – generaatorgaas, kamberahju gaas.
Tahked ja vedelkütused koosnevad: Orgaanilisest osast (C, H, O, N, S), Mineraalosast( tuhk ), Niiskusest.
Karakteristikud:

• Väävlisisaldus, mida rohkem seda neg. Katlale ja keskkonnale.
  
• Kütuse niiskus, jaguneb sisemiseks(hüdroskoopne) ja välimiseks(poorides) niiskuseks
  
• Mineraalosa – mida rohkem mineraalosa seda rohkem tuhka jääb. Mineraalosadeks loetakse: savi, liiv, sulfaadid, karbonaadid .
  
• Tuha sisalduse järgi: Tuharikkad(põlevkivi) ja tuhavaesed(antraksiit) kütused.
  
• Lendosade ja koksi sisaldus – lendosad eralduvad ja põhiaeg põleb koks.
  
• Kütuse kütteväärtus – Soojushulk, mis eraldub 1ruutmeetri gaasi või 1kg vedel või tahke kütuse põlemisel. Kõikide kütuste põhiline karakteristik.
  

75. Kütuse põlemine. Täielik ja mittetäielik põlemine. Homogeenne ja heterogeenne põlemine. Põhilised põlemisreaktsioonid. Liigõhuteguri mõiste.
Kütuse põlemiseks nimetatakse keemilist-füüsikalist protsessi mille käigus kütus viiakse kokku hapendajaga (O, hapnikuga, oksüdeerijaga) ja selle tagajärjel kütuse põlevelemendid ja hapnik ühinevad keemiliselt ja selle tagajärjel eraldub teatud kogus põlemissoojust ja tekivad põlemisgaasid.
Täielik põlemine – põlemisel moodustuvad järgmised gaasid: CO2, SO2, O2, N2, H2O
Mittetäielik põlemine – Põlemisgaasid sisaldavad gaase nagu: CO, CH4, H2 , sel juhul kütuse tuhk sisaldab süsinikku C.
Homogeenne põlemine on siis kui hapnik ja kütus on gaasilises faasis.
Heterogeenne põlemine on siis kui kütus on tahkes või vedelas ja hapnik gaasilises faasis.
Põhilised põlemisreaktsioonid:
Liigõhutegur: , kus Vliig – teoreetiline õhukogus mis on põlemiseks vajalik, V- tegelik õhukogus. Alfa on tegur mis näitab põlemiseks vajaliku ja tegeliku õhukoguse suhet.
76. Katla soojuskaod. Nende iseloomustus.
Soojusbilansi võrrand: , kus Qtk on soojus mis katlasse siseneb ja võrrandi parem pool on see kuhu soojus kaob.
Q1 – On katlas kasulikult kasutatav soojus seda ei saa lugeda soojuskoaks.
Soojuskaod.
Q2 – Soojuskadu katlast lahkuvate gaasidega.
Q3- Soojuskadu keemilisest mittetäielikust põlemisest
Q4 – Mehaaniline põlemiskadu(tahketel kütustel), sest süsinik ei põle täielikult ära ja seljuhul sisaldab tuhk süsinikku.
Q5- Soojuskadu katla välijahtumisest.
Q6 – Soojuskadu räbu ja tuha füüsikalise soojusega. (tahketel, tuhk lendab koldest ära).
77. Katla soojusbilansi võrrand. Võrrandi kõikide liikmete iseloomustus. Katla bruto ja netokasutegur.
Soojusbilansi võrrand: , kus Qtk on soojus mis katlasse siseneb ja võrrandi parem pool on see kuhu soojus kaob.
Q1 – On katlas kasulikult kasutatav soojus seda ei saa lugeda soojuskoaks.
Soojuskaod.
Q2 – Soojuskadu katlast lahkuvate gaasidega.
Q3- Soojuskadu keemilisest mittetäielikust põlemisest
Q4 – Mehaaniline põlemiskadu(tahketel kütustel), sest süsinik ei põle täielikult ära ja seljuhul sisaldab tuhk süsinikku.
Q5- Soojuskadu katla välijahtumisest.
Q6 – Soojuskadu räbu ja tuha füüsikalise soojusega. (tahketel, tuhk lendab koldest ära).
Brutokasutegur ja netokasutegur:
q1=Q1/Qtk ehk kaudse soojusbilanssi esimene liige.
Bruto on suurem sest neto puhul tuleb brutost lahutada elektriline ja soojuslik omatarve , näiteks pumbad ja muud katla seadmed. Omatarve 3....4%.
78. Kaasaegse veetorukatla ja gaasotpru katla põhimõtteskeem koos seletusega.
Rein andis viimases loengus mingid joonised vist.