Програма Теоретични основи на техниката на техниката; Енергийна номенклатура със специалности CNAA
Основни понятия за термодинамика. Термодинамична система, среда, взаимодействието между тях. Състоянието на равновесие. Основни параметри на състоянието. Вътрешна енергия. Термодинамични процеси. Обратими и необратими процеси.
Първият принцип на термодинамиката количествен израз на закона за запазване и преобразуване на енергията. Форми на енергия и начини за трансформация. Механична деформация. Топлината като форма на енергиен обмен. Изразът на механична работа и топлина в обратими процеси чрез параметри на системата и взаимното им превръщане в безкрайно малки и крайни процеси. Механичната работа и топлината като функции на процеса. Термодинамични координати и потенциали за взаимодействие. Ентропия - термодинамична координата на състоянието. Основно термодинамично равенство на обратимите процеси. Уравнението на първия принцип на термодинамиката за флуиден поток. Енталпия, механична работа при пътуване, техническа работа, обща работа.
Уравнението на състоянието на термодинамичните системи. Уравнения за топлинно и калорично състояние. Общи свойства на уравненията на състоянието. Топлинни коефициенти на: изотермична свиваемост, термична еластичност, термично разширение. Състоянието на механична стабилност. Понятие за термодинамичната повърхност и кривите на термодинамичния процес. Уравнения на Клапейрон-Менделеев и Ван-дер-Ваалс примери за уравнения на състоянието.
Понятие за калоричен капацитет. Зависимост на калоричния капацитет от характера на термодинамичния процес. Изразяване на изохорен и изобарен калориен капацитет от енергийни и енталпийни производни като функция от температурата. Моларен, масов и обемен калориен капацитет. Зависимост от калоричността на идеалните температурни газове. Калоричност на идеалната газова смес.
Вторият принцип на термодинамиката. Термодинамична обратимост и обратимост. Вариацията на ентропията при необратими процеси. Термодинамично неравенство. Условия за взаимно преобразуване на топлината и механичната работа в директни и обърнати термодинамични цикли. Термичната ефективност на директния цикъл, ефективността на охлаждане на обърнатия цикъл. Цикъл и теорема на Карно. Различни формулировки, дадени на втория принцип на термодинамиката. Термодинамична температурна скала. Понятие за вероятност за термодинамично състояние и връзката му с ентропията.
Влиянието на необратимостта върху ефективността на термодинамичните цикли. Характерни термодинамични функции. Характерни функции като термодинамични потенциали. Вътрешна енергия, енталпия, изохорно-изотермичен потенциал и изобарно-изотермичен потенциал като характерни функции. Възможност за изразяване на топлинните и калорични свойства на системата чрез характерните функции. Уравнението на Гибс-Хелмхолц. Връзката на Максуел.
Диференциални уравнения на термодинамиката в частични производни. Диференцирани уравнения за вътрешна енергия, енталпия и ентропия като функция на температурата, обема и налягането като независими променливи. Изчисляване на количествата на термодинамичните функции на идеалния и реалния газ.
Вътрешна енергия, енталпия и ентропия на идеалния газ. Диференциални уравнения за калоричен капацитет. Връзката между изобарен и изохорен калориен капацитет. Зависимост на изобарната калоричност на налягането и на изохорната калоричност на обема. Използване на данни за калоричния капацитет за установяване на уравнения на хемипиричното състояние.
Термодинамично равновесие. Съставни термодинамични системи с фазова и химична нехомогенност. Основни уравнения на термодинамиката на композитни системи. Химически потенциал. Условия на равновесие на композитната система, съвместима с околната среда. Принципът на минимизиране на характерните функции. Връзката между принципа за минимизиране и този за увеличаване на ентропията при необратими процеси. Термодинамични условия на равновесие в нехомогенни системи, но с химическа хомогенност. Термодинамични условия на равновесие в многокомпонентни многофазни системи. Правило за фаза на Гибс. Фазови преходи от първи ред. Фазови диаграми на чисти вещества. Уравнението на Клапейрон-Клаус. Фазови трансформации от втора степен.
Термодинамични свойства на чистите вещества. Качествени разлики между реалните и идеалните свойства на газа. Термодинамично критично състояние. Уравнение на Ван-дер-Ваалс. Метастабилни състояния. Правилото на Максуел. Параметри на размерното състояние, безразмерни уравнения на Ван-дер-Ваалс. Принципът на съгласуваните състояния и термодинамичното сходство. Понятия за коефициент на свиваемост и критичен коефициент. Обща форма на уравнението на реалния газ Уравнение на Майер-Боголюбов. Уравнения за вирусно състояние.
Термодинамични свойства на веществата на линията на насищане на фазите. Термодинамични свойства на мократа прегрята пара. Формата на граничната крива. Методи за изчисляване на ентропията, енталпията и вътрешната енергия на реални вещества, като се използват данни за топлинните свойства. Диаграми на състоянието: обем-налягане, обем-температура, ентропия-енталпия, налягане-енталпия.
Основни термодинамични процеси. Алгоритъм за изчисляване на термодинамичния процес. Процеси: изохорен, изобарен, изотермичен, адиабатен, политропен. Определяне на параметрите на състоянието, изменение на термодинамичните функции в процесите, количество топлина, работа в случай на идеален газ и реални газове.
Използване на диаграми за изчисляване на процеси. Процеси на смесване на потока и обема на газа.
Ламиниране. Описание на процеса. Ефектът на Джоул-Томсън. Коефициент на ламинарно разширение. Точки и крива на инверсия.
Термодинамика на едномерния поток. Основните опростявания. Уравнение на енергията на потока в термична и механична форма. Адиабатен поток без триене. Връзката на скоростта с енталпията, температурата и текущото налягане. Спирачни параметри. Поток в канали с променливо напречно сечение. Загуба на критично налягане. Дюза Laval.
Изследване на процесите на газовия и парен поток с помощта на ентропийни диаграми.
Термодинамичен анализ на работата на компресора. Технически и теоретичен бутален компресор. Реална работа на компресора.
Многостепенни компресори. Избиране на степента на компресия в стъпката. Представяне на работните процеси на компресора в ентропични диаграми. Механичната работа, необходима за работата на аксиалния и центробежен компресор. Влиянието на триенето върху функционалните параметри на компресора.
Термодинамични референтни цикли на топлинни машини. Идеалните термодинамични цикли на буталните двигатели с вътрешно горене. Влиянието на конструктивните и функционални параметри върху топлинната ефективност на циклите. Идеалният термодинамичен цикъл с въвеждане на топлина отвън (Стърлинг). Идеалните термодинамични цикли на газотурбинни системи и реактивни двигатели. Цикъл на регенерация на топлина. Класическият цикъл на Ранкин. Цикли на смесени парни и газови турбинни инсталации. Влиянието на налягането на парата и прегряването върху топлинната ефективност на цикъла на Ранкин. Цикълът на магнито-хидродинамичните инсталации.
Теоретичен цикъл на охлаждане с пара. Теоретичен цикъл на термопомпата. Термодинамична ефективност на хладилните цикли. Цикли на инсталации с хладилен въздух и сгъстена пара. Методи за втечняване на газ.
Влажният въздух. Характеристика на влажен климатик. Абсолютна влажност и относителна влажност. Диаграма на влажния климатик. Изчисляване на параметрите на състоянието на мокър въздух. Процеси на отопление, охлаждане, навлажняване и сушене.
Елементи на химичната термодинамика. Прилагане на първия принцип на термодинамиката към химичните процеси. Законът на Гас. Уравнението на Кирххоф. Приложение на термодинамичните условия на равновесие към описанието на химичните реакции. Константа на равновесие за хомогенни реакции, закон на масите. Степента на дисоциация и нейната връзка с равновесните константи. Работата на химичната реакция. Законът за калориите на Нернст.
Теория за пренос на топлина и маса
Първи стъпки в топлопроводимостта. Методи за изучаване на физични явления. Хипотеза Biot. Законът на Фурие - основният закон за топлопроводимост. Топлопроводимост. Диференциално уравнение на топлопроводимост. Условия за уникалност на процесите на топлопроводимост.
Топлинна проводимост в стационарно състояние.
Проводим топлопренос през равнинната стена за гранични условия като I, II и III.
Кондуктивен топлообмен през цилиндричната стена за гранични условия като I, II и III. Критичен диаметър на цилиндричната стена. Проводим топлообмен през сферичната стена. Обобщен метод за интегриране на уравненията на топлопроводимостта през плоски, цилиндрични и сферични стени. Топлопроводимост през лента с постоянно напречно сечение. Топлопроводимост през перки. Топлопроводимост през плочи с охлаждащи пори. Топлопроводимост през тела с вътрешни източници на топлина.
Кондуктивен топлообмен в нестационарен режим. Нестационарна топлопроводимост през безкрайни плоски плочи. Изчисляване на количеството топлина, отделяно от плочата при охлаждане. Нестационарна топлопроводимост през безкрайно дълги цилиндрични стени. Изчисляване на количеството топлина, отделяно от цилиндъра при охлаждане. Охлаждане на сферата. Охлаждане (нагряване) на тела с краен размер. Режим на охлаждане (нагряване) с постоянна скорост на телата. Приблизителни методи за решаване на проблеми с проводящ топлообмен. Изследване на процесите на топлопроводимост по аналогичен метод. Числени методи за решаване на проводящи задачи за пренос на топлина.
Диференциални уравнения на термичната конвекция и условия за уникалност. Системата от уравнения за хидродинамичния, термичен и дифузионен граничен слой. Турбулентен пренос на импулс, топлина и маса.
Теорията за подобието и методът на размерния анализ на уравненията на конвективния топлопренос. Критерии за сходство и изчислителни критерии за конвективен топлопренос. Условия за сходство на физическите процеси. Метод за размерен анализ.
Безплатен конвекционен топлообмен. Безплатен конвективен топлообмен в ламинарен режим по вертикална плоча. Конвективен топлообмен в случай на турбулентно движение. Безплатен конвективен топлообмен около хоризонтална тръба. Безплатен конвекционен топлопренос на течност в ограничен обем.
Пренос на топлина чрез принудителна конвекция. Ламинарен поток на течността през тръби. Конвективен топлообмен на плоча, когато температурата на повърхността е постоянна. Влиянието на вариацията на физическите параметри. Решения на уравнения на ламинарен граничен слой. Приблизителни методи за изчисляване на дебита с различни вариации в скоростта и температурата на стената. Интегрални отношения за импулс и енергия. Особености на конвективния топлообмен в случай на свръхзвуков газов поток. Коефициент на настаняване. Законът за пренос на топлина.
Разсейване на топлината по време на принудителен турбулентен поток на течността. Преходът на ламинарно движение в турбулентност. Полуемпирични теории за турбулентността.
Интегралното уравнение на топлопреминаване за стабилизирания поток на флуида в тръбата. Пренос на топлина в случай на турбулентен граничен слой. Влиянието на физичните свойства върху топлообмена. Пренос на топлина в турбулентния граничен слой към външния поток около телата. Хидродинамична аналогия на Рейнолдс. Влиянието на грапавостта върху топлообмена. Числени методи за изчисляване на турбулентен топлообмен (модел K-E).
Пренос на топлина в случай на принудителен поток около изолирана тръба и сноп от тръби.
Топлообмен в разредени газове. Коефициент на настаняване. Коефициент на плъзгане. Области на движение. Топлообмен в свободния молекулярен поток и в зоната на плъзгащия се поток.
Топлопредаване до кондензация на пара. Конденз във филм и капки. Топлопредаване във филмова кондензация на неподвижна пара върху вертикална стена. Конденз върху хоризонтална тръба. Пренос на топлина към филмовата кондензация на парата в случай на нейното движение през тръба и през сноп от тръби. Топлообмен при кондензация на пари от смес от газ и пари. Тройната аналогия между процесите на импулсен, топло- и масообмен. Дифузионен граничен слой. Топлообмен при кондензация на пара на капки.
Топлообмен при кипене на еднофазни течности. Режими на течно кипене. Механизмът на процеса на топлообмен при кълбовидно кипене. Поява на активната фаза на парите. Диаметър на отделяне на глобуса. Скорост на растеж и честота на отделяне на глобулите от нагрятата повърхност. Зависимост от температурата на топлинния поток. Зависимост на отделянето на топлина под налягане и термофизичните свойства. Влиянието на скоростта на движение. Пренос на топлина до кълбовидно кипене на течност при условия на свободна конвекция. Двуфазна токова структура и топлообмен при кипене на течност в тръби.
Кризата на кипящия топлообмен и механизмът на производство. Механизмът на пренос на топлина към филмовото кипене на течността. Пренос на топлина към ламинарния поток на парния филм. Топлообмен при турбулентен поток на парен филм. Топло- и масообмен в случай на химични трансформации. Общи понятия за химичните трансформации. Системата от уравнения на граничния слой. Топлообмен между газовата смес и повърхността на фазовото разделяне. Пренос на топлина и маса до сублимация и изпаряване от трансферната повърхност.
Радиационен топлообмен. Общи закони на топлинното излъчване. Законът на Планк. Закон на Стефан-Болцман. Законът на Кирхгоф. Законът на Ламбърт. Радиационен топлообмен между телата. Радиационен топлообмен в случай на екраниране. Излъчване между тялото и черупката. Радиационен топлообмен между тела, произволно подредени в пространството. Коефициенти на ъглова радиация. Топлообмен в абсорбираща и лъчиста среда. Оптична дебелина на околната среда и радиационни режими. Особености на излъчването на газове и пари. Топлопреминаване между газообразната среда и покритието. Смесен топлообмен. Критерии за подобие на радиация.
Режими на масообмен и техният механизъм. Основни величини и основни закони при масовия трансфер. Диференциални уравнения за пренос на маса. Конвективен трансфер на маса. Критерии за сходство, характерни за конвективния пренос на маса. Междуфазен трансфер на маса. Топлообменници. Термично изчисляване на топлообменници за рекуперация на топлина. Средна температурна разлика и методи за изчисляване. Изчисляване на крайните температури и методи за определяне. Изчисляване на крайните температури на термичните агенти. Термично изчисление на регенеративни топлообменници.