Fizika | Hőtan » Műszaki hőtan fogalomtár

Műszaki hőtan fogalomtár A termodinamika: A fizikának a hőegyensúllyal és a hőnek más energiafajtákká történő átalakulásával foglalkozó ága. Termodinamikai rendszer vagy termodinamikai modell: A vizsgálandó anyagfajták összessége, ami ezen kívül esik az a rendszer környezete. A kettőt határ választja el A termodinamikailag vizsgálandó anyagok összessége a hővel kapcsolatos jelenségek színtere. Környezet: A rendszert körülvevő anyagi világ. Fluidrendszerek: A gáz (gőz) és a folyékony halmazállapotú rendszerek. Levegő, víz, stb Például a hőcserélők közegei. Kondenzált rendszerek: A folyékony és szilárd halmazállapotú rendszerek. (Pl a párolgási folyamat során adott nyomáshoz tartozó telítési hőmérsékleten a vízből kiváló gőz állapotú víz és folyadék állapotú víz egyszerre van jelen.) Izolált rendszer: Sem energiaáram, sem anyagáram nincs a környezettel. Zárt rendszer: Energiaáram van, anyagáram

nincs a környezettel. Adiabatikus rendszer: Energiaáram nincs, anyagáram van a környezettel. Nyitott rendszer: Mind energiaáram, mind anyagáram van a környezettel. Homogén rendszer (homogén fázis): Helytől független egyenletes anyagi felépítés, elválasztó határfelület nincs. Az intenzív állapotjelzők értéke minden pontban azonos Inhomogén rendszer: Ha legalább egy tulajdonság van, ami a rendszernek nem minden részében megegyező, elválasztó határfelület nincs. Heterogén rendszer: Részrendszerek sajátosságai egymástól eltérőek, egymástól fizikai határfelületek választják el egymástól a különböző fázisú rendszereket. A termodinamikai rendszer anyagi felépítése: A három különböző belső rendezettségű halmazállapot (fázis). Gáz-halmazállapot: Intermolekuláris erők elhanyagolhatók, saját alakjuk, belső szerkezetük nincs, gázfolyadék kondenzációs folyamat termodinamikailag kizárt. (tökéletes gáz: ideális

határállapot, pl. levegő légköri nyomáson és szoba-hőmérsékleten Reális gáz: a természetes gázok nagy része főként nagyobb nyomásokon, molekuláik nem kiterjedés nélküli pontok). Gőz: Olyan gáz-halmazállapotú rendszerek, amelyben az önkéntes gőz-folyadék kondenzációs folyamat termodinamikailag lehetséges akkor is, ha nincs is jelen a rendszerben. Folyadék-halmazállapot: Viszonylag nagy kohézió, térfogata van, alakja nincs. Szilárd halmazállapot: Saját alak és térfogat van. Termikus egyensúly: A hőmérséklet a rendszer minden pontjában azonos. Mechanikai egyensúly: A nyomás a rendszer minden pontjában azonos. Fázisegyensúly: A fázisok mennyisége és összetétele a rendszeren belül állandó. Kémiai egyensúly: A komponensek mennyisége állandó, a kémiai potenciálok értéke a rendszeren belül azonos. O. főtétel: A termodinamikai egyensúly vizsgálata közben szerzett tapasztalatok összefoglalása A magára hagyott (minden

kölcsönhatással szemben tökéletesen szigetelt) termodinamikai rendszer akkor van egyensúlyban, ha benne semmilyen makroszkopikus változás nem észlelhető. Ilyenkor az intenzív állapotjelzők a rendszeren belül homogén eloszlásúak. Ha két vagy több egyensúlyban lévő termodinamikai rendszer egymással kölcsönhatásban van (nincsenek egymástól minden kölcsönhatással szemben elszigetelve), akkor a vizsgált rendszereknek annyi olyan, minden rendszerben azonos értékű intenzív tulajdonsága van, mint ahány kölcsönhatással szemben a határoló falak átjárhatók. Más megfogalmazás szerint, a kölcsönhatásban álló rendszerek egyensúlyának szükséges és elegendő feltétele a lehetséges kölcsönhatásokhoz tartózó intenzív állapotjelzők egyenlősége. A termodinamikai egyensúly tranzitív Ez azt jelenti, hogy ha az „A” rendszer egyensúlyban van a B rendszerrel, a B pedig a C rendszerrel, akkor az A rendszer egyensúlyban van a C

rendszerrel. A termodinamikai rendszer szimmetrikus, tehát ha az A rendszer egyensúlyban van a B rendszerrel, akkor a B rendszer is egyensúlyban van az A rendszerrel. Komponensek: Egymástól függetlenül létező anyagfajták Termodinamikai egyensúly: A termodinamikai rendszer akkor van egyensúlyban, ha benne semmilyen makroszkopikus hatás nem észlelhető, az intenzív állapotjelzők homogén eloszlásúak. A termodinamikai egyensúly olyan zárt, de szabad mozgásra képes rendszerben valósulhat meg, amelyben nem figyelhetők meg a nyomás, az anyageloszlás és hőmérséklet (energia) eloszlás időbeni vagy térbeni eltérései. Állapotjelzők: A rendszer anyagi állapotát, tulajdonságait, a bennük végbemenő folyamatokat meghatározó, makroszkopikusan mérhető jellemzők. Hőmérséklet (t,°C,T,K) Az anyag makroszkopikus állapotát jellemző állapothatározók egyike: Nyomás (p): Fizikai mennyiség, amelynek nagysága egyenlő a felületegységre ható

erővel. Dimenziója: N 2 = Pa Mérőeszközeink bar-ban mérnek. 1bar=105Pa m 3 Fajtérfogat (v): Egységnyi tömegű anyag térfogata. Dimenziója: m Az állapotjelzőktől kg függően egyértelműen meghatározott többváltozós termodinamikai mennyiség. A rendszer adott fázisbeli állapotában az állapotjelzők közötti összefüggés megfogalmazása. Állapot egyenlet: Az állapotfüggvények megoldásai. Gáztörvények (Gau-Lussac I., II, Boyle-Mariotte): A termodinamikai állapotjelzők közötti összefüggések megfogalmazása elemi függvénykapcsolatokkal. Clapeyron-egyenlet: Az ideális gázok általános állapotegyenlete. p ⋅ v = R • T (1kg közegre) p ⋅ v = m ⋅ R ⋅ T (m-nyi mennyiségre) Gázállandó: Az anyagra jellemző szám, minden gázra különböző egy gázra minden állapotban azonos. A gázállandó azzal a munkával egyenlő, melyet 1 kg tömegű gáz végez, ha állandó nyomás mellett hőfokát 1 K-nel növeljük. Jele: R Dimenziója:

kJ/kg K Univerzális gázállandó: M mólnyi mennyiségre vonatkoztatott érték. Jele: R0 Értéke: 8,315 kJ/Mol K. A termodinamika I. Főtétele: Az egyes energiafajok egyenértékű voltát kifejező tapasztalati törvény. Ez a törvény lehetővé teszi, hogy az energia különböző fajtáit más ekvivalens értékkel fejezzük ki. Legáltalánosabb megfogalmazása kimondja, hogy energia nem keletkezhet a semmiből és nem is, semmisülhet meg, vagyis nem valósítható meg az ún. első fajú perpetuum mobile. Azaz olyan gép, amely a semmiből nyert energiából végezne munkát Két ekvivalens alakja: dq=du+dw illetve dq=di+dw Hőkapacitás: Az adott anyagi rendszer hőmérsékletének 1 kelvinnel történő emeléséhez szükséges hő. Fajhő: Egységnyi tömegű anyag hőmérsékletének 1 K-nel történő emeléséhez szükséges hő. Vonatkoztathatjuk tömegegységre, mol-nyi mennyiségre (molhő), és térfogategységre. Avogadro-törvénye: Azonos nyomáson és azonos

hőmérsékleten minden gáz azonos számú molekulát tartalmaz. Moltérfogat (M.v): Azonos nyomáson és hőmérsékleten minden gázra ugyanaz Értéke technikai normálállapotra vonatkozóan 24 m3/Mol, fizikai normálállapotra vonatkoztatva 22,414 m3/Mol. Belsőenergia (u, U): Azzal a melegmennyiséggel egyenlő, amely 1 kg gáz hőmérsékletét 0°Cról t °C-ra emeli izochor viszonyok között. Dimenziója: kJ/kg Jele: u A belsőenergia kalorikus állapotjellemző. Fajlagos értékének számítása: du = cv ⋅ dT A fizikai munka (w): Külső vagy fizikai munkának is nevezzük, a térfogat-változás munkája. A munka a rendszer határfelületén fellépő energiatranszport-mennyiség, melyet a kölcsönhatáshoz tartozó és a hőmérséklettől különböző, intenzív állapotjelzők inhomogenitása hoz létre. A munka nem állapotjelző. Jele: w, dimenziója: kJ/kg Az entalpia (h, H): A rendszer belső energiáját és a térfogat-változási munkát egyesíti. Kalorikus

állapotjelző. Számszerűen azzal a melegmennyiséggel egyenlő, amely egységnyi tömegű gáz hőmérsékletét 0°C-ról t°C-ra emeli állandó nyomás mellett. Dimenziója: kJ/kg Jele: h. Fajlagos értékének számítása: dh = c p dT A technikai munka (wi): A nyitott rendszerek munkája, nyomásváltozási munka. Jele: wi Dimenziója: kJ/kg. Nem állapotjelző Entrópia (s, S): A termodinamikai rendszerekben lezajló állapotváltozások irányának, illetve a folyamatok során fellépő energiaveszteségek számszerű meghatározására szolgál. A rendszer pillanatnyi energiaszintjére jellemző. Clausius szerint: Az entrópia a termikusan homogén (termodinamikai egyensúlyban lévő) rendszerek olyan tulajdonsága, amely adiabetikusan reverzibilis folyamat közben nem változik. Jele: s Dimenziója: kJ/kgK Állapotfüggvény, de meghatározásához ismerni kell a Q=f(T) kapcsolatot. A termodinamika II. Főtétele: A hő önként csak az alacsonyabb hőmérséklet

irányába áramlik Clausius: Nem lehetséges olyan körfolyamat, mely során hidegebb testről önként hő menne át melegebb testre. A hő veszteséggel alakítható munkává Minden termodinamikai rendszernek van két olyan állapotfüggvénye – S és T -, amelyek segítségével a rendszer bármely kicsiny kvázistatikus és reverzibilis állapotváltozása esetében a felvett hőmennyiség kifejezhető. dQ=TdS Gázelegy: Két vagy több gáz olyan keveréke, amelyben fizikai különbségek nem észlelhetők. Dalton-törvénye: Az ideális gázok elegyének nyomása, a komponensek parciális nyomásának összege, és valamennyi komponens úgy viselkedik, mintha egyedül töltené ki a teret, vagyis egymástól függetlenül követik az állapotegyenleteket. A gázelegy tömegrésze (gi): 1 kg elegyben lévő komponens tömege: g i = ∑ m1 m ∑ g i = 1kg A gázelegy térfogatrésze (ri): 1 köbméter elegyben lévő komponens térfogata. ∑r ∑r 1 = V1 V = 1m

Állapotváltozás: Azt a folyamatot, amely során a közeg az egyik állapotból a másikba kerül, miközben állapotjelzői megváltoznak, állapotváltozásnak nevezzük. Kvázistatikus folyamat: Olyan idealizált folyamat, mely egyensúlyi lépések sorozatán vezet keresztül. Reverzibilis folyamat: Az állapotváltozások iránya nincs korlátozva. Mindkét irányban lejátszódhat. A termodinamikai folyamat akkor megfordítható, ha a folyamatot végző közeg állandó egyensúlyban van a környezettel. Termodinamikai egyensúly: Olyan zárt, de szabad mozgásra képes rendszerben valósulhat meg, amelyben nem figyelhetők meg a nyomás, az anyageloszlás és hőmérséklet (energia) eloszlás időbeni vagy térbeni eltérései. Irreverzibilis folyamat: Az állapotváltozás iránya korlátozott. A változások csak egy irányban mehetnek végbe. A termodinamikai egyensúlyban nem levő rendszer arra törekszik, hogy elérje az egyensúlyi állapotot, közben energiát nem

termel. Az önként végbemenő folyamatok ezért nem megfordíthatóak. Izochor állapotváltozás: A rendszer térfogata nem változik a folyamat közben. v=áll Izobar állapotváltozás: A rendszer nyomása nem változik a folyamat során. p=áll Izotermikus állapotváltozás: A rendszer hőmérséklete nem változik a folyamat során. T=áll Illetve p.v=áll Adiabatikus állapotváltozás: Adiabatikus állapotváltozást úgy hozunk létre, hogy egy munkahengert tökéletesen elszigetelünk a környezettől, vagy az állapotváltozást olyan gyorsan folytatjuk le, hogy a munkavégző közeg és környezete között hőcsere nem jöhet létre. A rendszer minden állapotjelzője változik, de az állapotjelzők változása között meghatározott függvénykapcsolat van. A rendszer és környezete között csak mechanikai kölcsönhatás van (hőcsere nincs). Az adiabatikus expanzió munkája teljes egészében a belső energiából fedeződik A sarokpontok termodinamikai

állapotjelzőinek meghatározása az ún. Poisson egyenletekkel 3 1 κ −1 történik: p ⋅ v κ = áll. ; T1 ⋅ p 2 κ = áll ; dq = 0 ; s = áll T ⋅ v κ −1 Politropikus állapotváltozás: A rendszer minden állapotjelzője változik, a rendszer és környezete között mind mechanikai, mind termikus kölcsönhatás megengedett, de a két kölcsönhatás között meghatározott függvénykapcsolat van. p ⋅ v n = áll ; T ⋅ v n −1 = áll ; T1 ⋅ p1 = áll ; 1 > n > κ Politrop fajhő: Származtatott érték, a politropikus állapotváltozás során közölt, ill. elvont hő n − κ  kJ  számításához. Jele:cn Számítása: c n = cv ⋅   n − 1  kg ⋅ K  Irreverzibilis állapotváltozások: A meg nem fordítható folyamat entrópia növekedéssel jár. Önmaguktól végbemenő folyamatok nem megfordíthatók. A természetben lejátszódó folyamatok mind ilyenek. Fojtás: Valamely gáz (gőz) halmazállapotú közeg adiabatikus

expanziójának azt a különleges esetét kell érteni, amikor a közeg egy p1 magasabb nyomású helyről egy p2 alacsonyabb nyomású térbe expandál egy szűkítő nyíláson keresztül, és közben külső munkát nem végez. Fojtás alatt az entalpia állandó marad: h1=h2=áll. Mivel gázoknál az entalpia a hőfokkal arányos (ameddig Cp állandónak tekinthető), ideális gázok esetére fennáll a t1=t2=áll. Ezért a gázok fojtása izotermikusan adiabatikus folyamat. A fojtás nem megfordítható folyamat Gyakorlati jelentősége a gőzök fojtásának van. Aktív hőtranszport: A hőnek, mint energiának egyik rendszerből a másikba vitelének azt a formáját, ami közben az energiának a megnyilvánulása is változik, nevezzük aktív hőtranszportnak. Pl erőgépeknél, amikor a hőből mechanikai energia (munka) keletkezik Körfolyamat: Az önmagába visszatérő folyamatokat nevezzük körfolyamatnak. Feltétel, hogy a közeg a kiindulási állapotba térjen

vissza, azaz ismét a kiindulási állapotjelzőkkel rendelkezzék. Erőgépi körfolyamat: Az óramutató járásával megegyező (erőgépi) körfolyamat, mely során munkát nyerünk. Munkagépi körfolyamat: Az óramutató járásával ellentétes (munkagépi) irányú körfolyamat, mely során munkát kell befektetni. Carnot-körfolyamat: Leonard Sadi Carnot francia hadmérnök vezette be a termodinamikában róla elnevezett körfolyamatot, részben a termodinamika II. főtételének igazolására, másrészt annak igazolására, hogy ideális gázok megfordítható állapotváltozásaiból elvben lehetséges olyan zárt körfolyamat, amely hőből mechanikai energiát állít elő. A Carnot-körfolyamat elméleti munkafolyamat, mely lehetővé teszi a II. főtétel matematikai igazolását A Carnot-körfolyamat határfolyamat. Bármely tetszőleges körfolyamatnál, azonos hőfokhatárok között, a Carnotkörfolyamat hatásfoka a legjobb Megállapítható segítségével, hogy a

max hatásfokhoz minimális entrópiaváltozás tartozik. A valóságos Carnot-ciklussal vizsgáljuk az irreverzibilis folyamatokat. Technikai körfolyamatok: Elméleti vagy ideális körfolyamatok, melyeket zárt modellként vizsgálunk, ahol a körfolyamatot tetszőleges számban ugyanaz a közeg végzi, környezetével csak energia- és munkakapcsolat jön létre. Otto-, Diesel- illetve vegyes (Sabathe) körfolyamatok alapvetően a hőközlés tekintetében térnek el hőtechnikailag. Kompresszióviszony (ε): Az alsó holtpont feletti hengertérfogat és a felső holtpont feletti kompresszió-térfogat hányadosa. Nyomásemelkedési tényező (λ): A hőközlés (égés) végén kialakuló nyomás és a hőközlés előtti nyomás hányadosa. Előzetes expanzióviszony(δ):Diesel- illetve vegyes körfolya -matoknál izobár hőközlés utáni és az elötti térfogatok hányadosa. Utólagos expanzióviszony:Diesel- ill.vegyes körfolyamatok esetén (vagy politrópikus) expanzió

utáni ill. előtti térfogatok hányadosa Kompresszor: Levegő vagy egyéb gáz nyomásának növelésére, ugyanakkor fajlagos térfogatának csökkentésére szolgáló gép. Ideális kompresszor: Az ideális vagy elméleti kompresszort veszteség és káros tér nélkülinek tételezzük fel. Ez azt jelenti, hogy a dugattyú fenéksíkja a bal oldali szélső helyzetben éppen érinti a hengerfedelet. Valóságos kompresszor: Több tekintetben eltér az ideális kompresszortól. Mindenek előtt a szelepek miatt, marad egy kis távolság a dugattyú fenéklapja és a hengerfedél között. Ezt a teret káros térnek nevezzük. E térben maradó magasnyomású gáz expanziója következtében a beszívott friss gáz és vele együtt az egész munkaterület kisebb lesz. E tér nem növeli meg közvetlenül a munkaszükségletet, de csökkenti a szállítási teljesítményt. Töltési fok (volumetrikus hatásfok): A friss töltet térfogata (V14) és a lökettérfogat (Vh) aránya. A

volumetrikus hatásfok: η = V14 Friss töltet az a hengertérbe beáramló friss gáz mennyiség, Vh amely a káros térből expandáló gázzal keveredve tölti ki a henger térfogatát. Nagyságát a következő összefüggéssel lehet meghatározni: V14 = η v ⋅ Vh Passzív hőtranszport: Azt az energia átviteli formát jelöli, amelynél a folyamat során nem változik meg az energia megnyilvánulási formája. A műszaki hőtanban ez a hőközlés A hőközlés a különböző hőmérsékletű testek közötti energiaátmenet, hőenergia formájában. Hőhordozók: a hőátviteli folyamatban részt vevő testek, közegek. Stacioner hőközlő műveletek: A hőátvitel során a készülék különböző pontjaiban a hőmérséklet az idő függvényében nem változik Instacioner hőátmenet: A hőközlés során a hőmérséklet az idő függvényében változik. Ez általában szakaszos üzemű berendezések jellemző folyamata. Hőátbocsátó felület: Az a felület,

amelyen adott idő alatt átvihető a szükséges hőmennyiség. Hővezetés (kondukció): Olyan hőközlési forma, ahol a test egyes részecskéi között fennálló szoros kapcsolat miatt, a magasabb hőfokú nagyobb energiájú részecskék átadják a szomszédos, de kisebb energiájú részecskéknek energiájukat. A folyamat a hőkiegyenlítődésig tart Elsősorban szilárd testek vagy nyugalomban lévő folyadékok és gázok esetére jellemző. Hősugárzás (radiáció): A keletkezés helyéről a hő sugárzó energia formájában jut a besugárzott felületre, és ott részben vagy egészben hővé alakul vissza. A hősugárzás elektromágneses sugárzás. Közvetítő közegre nincs szükség Hőszállítás (konvekció): Olyan hőközlési folyamat, mely egy szilárd fal és a fluidum fő tömege között jön létre. A hőt a tér egyik részéből a másikba folyadékok vagy gázok részecskéi szállítják. A hőforrás és a hőelnyelő között makroszkopikus

mozgást végző közeg közvetít Hőátszármaztatás: A hővezetés, a hősugárzás és a hőszállítás teljes vagy részleges kombinációjaként kialakuló hőátviteli forma. A hőközlés igen gyakori összetett formája, mikor a hő egy melegebb közegből válaszfalon keresztül kerül hidegebb közegbe. Pl kazánoknál, a füstgáz – fűtőfelület – víz. Hőmérsékleti tér: vagy hőmérsékleti mező, adott pillanatban a közeg valamennyi pontjában fennálló hőmérsékleti értékek összessége. Izoterma: Az azonos hőmérsékleti pontok összessége (görbe vagy felület). Hőmérséklet-gradiens: A hőmérsékletnek a felület normális irányában vett d differenciálhányadosa. gradt = t dn Hőáramsűrűség(q): Az izotermikus felületegységen egységnyi idő alatt áthaladó hő. A d 2 ⋅Q tüzeléstechnikában használt fajlagos fűtőfelület-terheléssel azonos fogalom. q = dτ ⋅ dA Hőáram:Az időegység alatt az A felületen átáramló hő. Φ

= ∫ q ⋅ dA Fajlagos hőáram: Egységnyi időre és felületre vonatkoztatott hőáram. qx=λ*(-gradt) Hővezetési tényező (λ): Megadja az izotermikus felületre merőleges 1 m vastagságú réteg 1 m2 felületen egységnyi idő alatt 1K hőmérséklet-különbség hatására vezetéssel átáramlott hőmennyiséget. Dimenziója: W/mK Gázáteresztő falak: Abban az esetben, ha a fal két oldala között hőmérséklet- és nyomáskülönbség van, és a falon diffundáló gázok is részt vesznek a hőközlésben, gázáteresztő falakról beszélünk (pl. falazott kémények) Hődiffuzivitási (hőmérséklet-vezetési) tényező (a): Az egyenlőtlen hőmérséklet eloszlású test hőmérséklet kiegyenlítődésének sebességét jellemzi. Dimenziója: m2/s Foton: Fénykvantum, az elektromágneses hullám (fény) energiájának legkisebb önálló része, tulajdonképpen elemi részecske. A kisugárzott energia hordozója A fotomnak, mint elemi részecskének kettős

természete van, ami azt jelenti, hogy bizonyos meghatározott körülmények között hullámszerűen viselkedik. Ezt a hullámjelenséget elektromágneses hullámnak, a sugárzást pedig elektromágneses sugárzásnak nevezzük. Ilyen a hősugárzás is Emittálás: Energia kisugárzás. A T hőmérsékletű test által abszolút nulla hőfokú közegben időegység alatt egységnyi felületen teljes hullámhossz tartományban kisugárzott teljes hőmennyiség a test adott hőmérsékletéhez tartozó sugárzóképességének (felületi energiasűrűségének) nevezzük. E = dΦ dA Egy test átereszti, elnyeli vagy visszaveri a felületére bocsátott hősugarakat. A hőegyensúly: Φ = ΦA + ΦR + ΦD Abszorbeálás (A): Energia elnyelés. A test vagy anyag elnyelő vagy abszorbeáló képessége: Φ A= A Φ Reflektálás(R): Energia visszaverés. A test vagy anyag energia visszaverő vagy reflektáló képessége: R = Φ Φ Diatermikus képesség: Energia áteresztő

képesség. A test vagy anyag áteresztő képessége: Φ D= A Φ Abszolút fekete test: Az a test, amely az összes ráeső sugárzást elnyeli. A=1, R=0, D=0 Abszolút fehér test: A sugárzást teljes egészében visszaveri. R=1, A=0, D=0 Diatermikus test: Azok a testek, amelyek a sugárzást szabadon átengedik, D=1, A=0, R=0. Sugárzási intenzitás: Sugárzási intenzitásnak nevezzük valamely, λ és (λ+dλ) hullámhosszúságok által határolt elemi hullámhossz tartományban a felületegységről időegység alatt kisugárzott elemi energiát. Sugárzási tényező (C): Fizikai állandó, a szürketest sugárzási tényezője. A C értéke mindig kisebb az abszolút feketetest sugárzási tényezőjénél és a sugárzó test vegyi összetételétől és W fizikai tulajdonságaitól függ. Dimenziója: C0:Az abszolút fekete test sugárzási 4 3 K m ⋅ 100 tényezője:C0=5.77[ ] E A Feketeségi fok (ε): A szürke test elnyelő és kisugárzó képessége egyenlő: ε =

vagy = E0 A0 C Ez meghatározható a szürke testek és a fekete test sugárzási tényezőinek viszonyával: ε = C0 utóbbi a szürke test feketeségi foka. Hőszállítási tényező (α): Számszerű értéke megadja, hogy 1 m2 hőátadó felületen 1 K hőmérséklet-különbség hatására mekkora hőáram alakul ki, illetve mennyi hőt adunk át időegység alatt. Dimenziója: W/m2K Kényszerkonvekció: Kényszerített áramláson lapul (szivattyúval vagy ventillátorral). Szabadkonvekció: A rendszer egyes fizikai jellemzőinek változásán alapul, pl. sűrűségkülönbség. Hőátszármaztatási (hőátviteli) tényező (κ): Mint összetett fajlagos mutató megadja, hogy időegység alatt mekkora hőmennyiség megy át a melegebb közegből a hidegebbe egységnyi felület 1 K hőmérséklet-különbség hatására. Dimenziója: W/m2K Határréteg: Az áramló fluidum azon rétege, ahol a fal közelsége hatással van a fluidum valamely paraméterének intenzív

változására. Hidraulikai értelemben, az áramlás főirányban vett sebesség komponensek intenzív változásának rétegvastagsága. Hidraulikai határréteg: Az áramló fluidumnak azt a rétegét nevezzük hidraulikai határrétegnek, ahol a fal közelsége az áramkép kialakulására hatással van. Termikus határréteg: A hőmérséklet eloszlás vizsgálatára került bevezetésre. Az áramló fluidum azon rétege, ahol a hőmérséklet intenzíven változik a fal és a fluidum főtömege között. Hasonlósági módszer: A kísérlet általánosításának módszertana. A módszer gyakran lehetővé teszi, hogy az ipari berendezéseken elvégezhető drága és munkaigényes kísérletek helyett jóval kisebb méretű modellekkel hajtsuk végre a vizsgálatokat. A hasonlósági módszer az alapja a méretezésnek és modellezésnek. A hasonlósági módszer egyik alapelve, hogy egyetlen osztályba sorolja a hasonló jelenségcsoportokat. Hasonlóaknak nevezzük azokat a

jelenségeket, amelyekre a jellemző, egymásnak megfelelő, egynemű mennyiségek (analóg paraméterek) aránya állandó. A hasonlóság feltételeit először a geometriai hasonlóság legegyszerűbb példáján vizsgáljuk. A fizikai jelenségek hasonlóságához a rendszerek (készülékek) – amelyekben a folyamatok lezajlanak – geometriai hasonlósága szükséges, de nem elégséges feltétel. A hasonló fizikai jelenségek esetében hasonlónak kell lennie a folyamatra ható összes alapvető fizikai mennyiségnek. A technológiai folyamatok csak akkor hasonlóak, ha együttesen vesszük figyelembe a geometriai és időbeli hasonlóságot, a fizikai mennyiségek hasonlóságát, valamint a kezdeti és határfeltételek hasonlóságát. Két rendszer tehát akkor tekinthető hasonlónak, ha a megfelelő paraméterek egymáshoz való viszonya állandó. Ez azt jelenti, hogy a jelenségek R ( ) lefolyását nem a változók abszolút értékei, hanem a változók

egymás közötti arányai határozzák meg. Hasonlósági invariánsok: A dimenzió nélküli léptékszorzókat, amelyek a hasonló alakzatok (rendszerek) analóg értékeinek arányát fejezik ki, hasonlósági konstansoknak (állandóknak) nevezik. Relatív egységekben fejezik ki az értékeket, azaz dimenzió nélküliek Két rendszer akkor tekinthető hasonlónak, ha a megfelelő paraméterei egymáshoz való viszonya állandó. A jelenségek lefolyását nem a változók abszolút értékei, hanem a változók egymás közötti arányai határozzák meg. Lamináris áramlás: Az összes mozgásban lévő részecske sebességvektora párhuzamos, eloszlása parabolatörvény szerint változik. Az áramló fluidum hőfelvétele, illetve hőleadása csak vezetéssel valósulhat meg, tehát a hőmérséklet gradiensre is érvényes a parabolikus eloszlás. Turbulens áramlás: Az áramlási sebességprofil hatványgörbe. A falra, illetve a falról a hőt a vezetés mellett

elsősorban az örvénylő részecskék közvetlen hőtranszportja biztosítja. Kritériumos egyenletek: A hőátviteli folyamatok hasonlóságát kritériumokkal leíró egyenletek. Hőcserélők: Olyan készülékek, melyek két, egymástól térben vagy időben elválasztott, különböző minőségű és állapotú közeg közötti hőátadást technikailag megvalósítják. Felületi hőcserélők (rekuperátor): Ha a hőátadási folyamat során a hőhordozók egymástól egy szilárd fallal térben elválasztva áramolnak, felületi hőcseréről beszélünk. Regenerátor: Olyan készülék, amelyekben a közegek felváltva, időben elválasztva, áramolnak keresztül. A hőközlés hatásfoka: A melegebb közeg entalpiájának a hideg közeg felmelegítésére fordított m ⋅ (h2t − h2b ) részével fejezhető ki. η = Q = 2 Qbe m ⋅h 1 1b Ahol: Q – a hideg közeg által felvett hő, m2 – a hőfelvevő közeg tömege [kg], h2t – a hőfelvevő közeg entalpiája a

felmelegítés után [kJ/kg], h2b - hőfelvevő közeg entalpiája a felmelegítés előtt [kJ/kg], Qbe – a meleg közeg hőmennyisége a belépés pillanatában [kJ], m1 – a hőt leadó közeg tömege [kg], h1b – a hőt leadó közeg entalpiája a belépés pillanatában [kJ/kg] Hőhasznosítási tényező: a hideg közeg által felvett és a meleg közeg által leadott hőmennyiség viszonyát, vagyis a veszteség relatív értékét adja. Égés, hőfejlesztés: Az éghető alkotók oxigénnel való hőfejlesztés melletti teljes vagy részleges egyesülése az égés. A kémiai reakció hőeffektusa Wobe-szám (W0): A gázok tüzeléstechnikai jellemzőinek minősítésére szolgál. A gáz égéshője H (Hs) és relatív sűrűsége (δ) ismeretében számítható: W0 = δ Módosított Wobe-szám (W0m): A gázfogyasztók üzemeltetésekor követelmény, hogy a gázminőség változása esetén se változzon a készülék hőterhelése. A gázok ilyen irányú p

jellemzésére a módosított Wobe-szám szolgál: W0 m = H i ⋅ δ Ahol „p” a statikus csatlakozási nyomást jelöli. Az azonos W0m-mel rendelkező készülékek konstrukciós módosítás nélkül egymással helyettesíthetők. Exoterm hőeffektus: Hőfelszabadulással járó folyamat. Endoterm hőeffektus: Hőelnyeléssel járó folyamat. Hess törvénye: Az égés, mint a kémiai reakció hőeffektusa, nem függ a reakcióúttól, csak a kezdeti és végállapottól. A Hess-törvény a termodinamika I főtételének a kémiai reakciókra alkalmazott változata. Az égés hőmérsékletfüggése, Kirchoff törvénye: Az égési hőeffektus (általánosságban a kémiai reakciók hőeffektusa) hőmérséklet szerinti differenciálhányadosa a kezdeti és a végállapot anyagainak eredő moláris fajhőjének különbségével egyenlő. Égési hőmérséklet: Az égési hőmérséklet alatt azt a hőfokszintet értjük, amelyre a felszabaduló hő hatására az égéstermék

felmelegszik. Disszociáció: Szétválás, felbontás. Elméleti égési hőmérséklet: A disszociációval terhelt adiabatikus folyamat véghőmérséklete. Disszociációs hő (Qd): Az egyes reakcióformákból felszabaduló hőmennyiség és a reagáló anyagok térfogatrésze ismeretében számítható. Qd=Q1 ⋅ rCO+QII ⋅ (rH2+05rOH) Kalorimetrikus égési hőmérséklet: A disszociációtól mentes, adiabatikus folyamat égési hőmérséklete. A disszociáció foka (f): A disszociáció mértéket jellemzi, a disszociációs hőveszteség és a teljes reakcióhő hányadosaként definiálható: f=QD/Q Az égés mérlegegyenletei: A tüzelőanyag éghető részeinek egyesülése oxigénnel a reakcióegyenletekben megadott arányban megy végbe. Az egyenlet bal oldala a tüzelőanyag és az égéshez szükséges oxigén mennyiségét a jobb oldala a keletkezett égéstermék és a felszabaduló hő mennyiségét tartalmazza. Tömeg szerinti egyesülés: egyenleteiben a

tüzelőanyag elégetéséhez az elméletileg szükséges oxigén, az elméletileg szükséges levegő, és az égéstermék mennyiségét kg/kg-ban kapjuk meg. A tüzelőanyag dimenziója kg. Tömeg és térfogat szerinti egyesülés: Egyenleteiből, az oxigént, a levegőt és az égéstermék mennyiségét m3/kg-ban kapjuk meg. A tömeg és térfogat szerinti egyesüléskor a tüzelőanyag dimenziója kg. Nedves füstgáz: Ha az égéstermékben a víz gőz formájában van jelen. Száraz füstgáz: Ha az égéstermékben a víz folyadék állapotú (kondenzált). Ez a harmatpont alatti hőmérsékletű füstgázoknál lehetséges. Légviszony tényező (α): A tökéletes égés egyik elengedhetetlen feltétele, hogy minden éghető tüzelőanyag- részecske megtalálja az égéshez szükséges oxigént. Ipari tüzelőberendezéseknél ezt csak úgy lehet elérni, ha az elméletileg szükségesnél több levegőt vezetnek be, de előfordulhat, hogy az elméletileg szükségesnél

kevesebb levegő bejuttatása a cél. Ha L a tüzelőanyaghoz vezetett és L0 az elméletileg szükséges levegő-mennyiség, a kettő hányadosa az úgynevezett légviszony tényezőt adja: α=L/L0 Fűtőérték (Hi): Ha tüzelőanyag égéstermékeiben a víz, gőz halmazállapotú, a felszabaduló hőmennyiséget fűtőértéknek nevezzük. Égéshő (Hs): Ha a tüzelőanyag égéstermékeiben a víz, folyadék halmazállapotú, a felszabaduló hőmennyiséget égéshőnek nevezzük. Az égéshő és a fűtőérték közötti összefüggés: Hi=Hs-2500 ⋅ gH20 ⋅ A ⋅ gH2O a füstgázban lévő vízgőz tömegrésze. Harmatpont: Az a hőmérséklet, amely elérése után a vízgőz kondenzálódik. Fázisváltás: Az anyag belső szerkezetének halmazállapot változással járó átalakulása, makroszkopikusan fázisátalakulásnak nevezzük. Olvadás: Szilárd fázisból folyadék fázisba váltás. Párolgás: Folyadék fázisból gőz fázisba váltás. Szublimáció:

Szilárd fázisból gőz fázisba alakulás. Fagyás: Folyadék fázisból szilárd fázisba alakulás. Kondenzáció: Gőz fázisból folyadék vagy szilárd fázisba váltás. Átkristályosodás: Szilárd fázisból más szerkezetű szilárd fázisba alakulás. A fenti fázisátalakulások közös jellemzője, hogy hőhatással járnak, és az extenzív állapotjelzők számértéke ugrásszerűen megváltozik. Az anyagok belső szerkezetének ilyen változásait elsőrendű fázisátalakulásnak nevezzük. Fázisegyensúly: Két fázis jellemző paraméterei között alakul ki egy olyan szakaszon, amikor csak részleges fázisváltás következik be. Ez az ún nedvesgőz tartomány (a fázisváltás átmeneti) Fázisgörbe: A nyomás és a hőmérséklet között egyértelmű kapcsolat van, amelyet p=f(T) fázisgörbe ír le. Az ilyen összetartozó, két fázis egyensúlyát kifejező nyomás- és hőmérsékletértékeket telítési nyomásnak (pt) és telítési

hőmérsékletnek (Tt) nevezzük. Párolgási görbe: Folyadék-gőz fázisgörbét nevezzük párolgási görbének. Olvadási görbe: Szilárd-folyadék fázisgörbét nevezzük olvadási görbének. Szublimációs görbe: A szilárd-gőz fázisgörbét nevezzük szublimációs görbének. Hármaspont: A három fázisgörbe a p-T síkon az ún. hármaspontban találkozik, ahol az anyag három fázisa termodinamikai egyensúlyban találkozik. Az anyag jellemző, jól reprodukálható pontja, amely összetartozó nyomás (ph) és hőmérsékletértékeket (Th) ad. Kritikus pont: A párolgási görbe a hármaspontnál indul és minden esetben egy jól definiált hőmérsékletig tart, ez a kritikus hőmérséklet. A kritikus pont felett nem lehet különbséget tenni a folyadék és a gőz állapota között, mivel e pontban a gőz sűrűsége eléri a vele egyensúlyban lévő folyadékfázis sűrűségét. A közeg jellemző pontja a kritikus pont, amelyet a hozzátartozó

kritikus hőmérséklet (Tkr) és a kritikus nyomás (Pkr) egyértelműsít. Fázis koncentráció: A keverékmezőben az állapot egyértelmű megadásához a fáziskoncentrációt is rögzíteni kell, amit a fázisok arányával adunk meg: az egyik fázis tömege x= a két fázis együtes tömege Gőz-folyadék kétfázisú rendszerekben, a gőz fázis tömegét viszonyítjuk a két fázis együttes tömegéhez, és ezt fajlagos gőztartalomnak nevezzük. A telítési görbén fekvő gőzállapotot száraz telített gőznek nevezzük. A kétfázisú mezőben a nedves gőz van, a telítési görbe felett és a kritikus izoterma alatt túlhevített gőzről beszélünk. Az egyfázisú folyadékmezőben aláhűtött folyadék van, amíg a telített folyadék állapot az alsó fázisgörbére esik. A gőzgépek termodinamikája Gőzturbina: A gőzturbina áramlástechnikai elven működő erőgép. Benne a gőz – entalpiájának rovására – felgyorsul és a forgórész

kerületén elhelyezett lapátokra áramlik. Ezeken fejt ki erőhatást a gőz sebességének irányát és nagyságát változtatva. A forgórészt terhelő nyomaték ellenben munkát végez. Dugattyús gőzgép: A vízgőz hőesését úgy hasznosítja, hogy a p1 nyomású friss gőzből egy bizonyos mennyiséget a hengerbe vezetnek. A hengerben a mozgó dugattyúra ható gőznyomás, a gőz beömlése, majd expanziója közben a dugattyút elmozdítja, így munkát végez. Munkavégzés közben a gőz sebessége elhanyagolható. Kiszorítási energia (térkitöltő munka): p.v, amelyet az áramló anyagrészecskék adnak át a megelőző, anyagrészecskéknek, mikor az áramlás során azok helyébe lépnek. Wv=P2V2-P1V1 Ez az energiaváltozás nulla, ha folyamat izotermikus. Ha a hőközlés T=áll-hoz nem elég, vagy nulla, akkor az áramlási folyamat adiabatikusan megy végbe és a kiszorítási munka pozitív. Fúvóka: A fluidumok magas nyomási energiájának mozgási

energiává való alakításához szükséges műtárgy, amely biztosítja a belépő közeg adiabatikus expanzióját. Laplace-féle egyenlet: Ckr=. Ez a hang kiterjedési sebességének Laplace-féle egyenlete kritikus nyomással és kritikus fajtérfogattal rendelkező közegben. Ez az egyenlet kimondja, hogy legömbölyített fúvókában a fluidum legnagyobb kiáramlási sebessége az adott közegre vonatkoztatott hang terjedési sebessége. A nyomásviszony, amelynél ez a legnagyobb sebesség előáll, csak a fajhőviszony függvénye. Légköri állapotú levegő értékeivel 333 m/s. Telített gőzöknél 450-500 m/s , túlhevített gőzöknél 550-600 m/s. Laplace-féle egyenlet: c kr = κ ⋅ p kr ⋅ v kr Ez s hang terjedési sebességének Laplace-féle egyenlete kritikus nyomással és kritikus fajtérfogattal rendelkező közegben. Ez az egyenlet kimondja, hogy a legömbölyített fúvókában a fluidum legnagyobb kiáramlási sebessége az adott közegre vonatkoztatott

hang terjedési sebessége. A nyomásviszony, amelynél ez a legnagyobb sebesség előáll csak a fajhőviszony (κ) függvénye. Légköri állapotú levegő értékeivel 333m/s Telített gőzöknél 450-500m/s, túlhevített gőzöknél 550-600 m/s. Laval-fúvóka: Hogy P2<Pkr esetben is kihasználható legyen a hőesés, toldalékcsövet alkalmaznak (De Laval svéd mérnök dolgozta ki a módszert). A toldalékcsövet a fúvókával együtt Laval fúvókának nevezzük. Ilyenkor C2>Ckr, a keresztmetszet változás és az expanzió következtében a fúvókában a közeg felgyorsul. Clausius-Rankine körfolyamat: A gőzgépek eszményi munkafolyamata. A gőzgépekben és gőzturbinákban a hőenergia mechanikai munkává alakul, a munkaközeg a víz. A vízgőzt gőzkazánokban termelik, csővezetékben vezetik a gőzgépekbe, vagy turbinába. A tüzelőanyag elégetés, azaz a hő termelése ezeknél a gépeknél a munkahengereken kívül a gőzkazánokban történik. Ezért

ezeket a gépeket külső égésű gépeknek nevezzük Többkomponensű rendszerek: A leggyakrabban előforduló gáz-gőz elegy a nedves levegő (levegő-víz keveréke). Nedves levegő: Két alkotóból álló ideális elegy. A két alkotó a száraz levegő és a vízgőz A száraz levegő több komponensből álló elegy. Azonban a két legnagyobb térfogatszázalékkal rendelkező komponens (az oxigén és a nitrogén) aránya közel állandó és a többi gázok térfogatszázaléka elhanyagolhatóan csekély. A száraz levegőt egy független ideális gázalkotónak tekinthetjük. A vízgőz parciális nyomása többnyire néhány Pascal, tehát túlhevített állapotú A két alkotó ideális gázkeveréket alkot mindaddig, míg a vízgőz parciális nyomása a levegőben kisebb, mint az azonos hőmérséklethez tartozó telített vízgőz nyomása, vagyis túlhevített állapotban van. Abszolút nedvességtartalom (γg): Az 1 m3 nedves levegőben lévő gőz tömege. γ =

mV Ez nem más, mint a levegőben lévő vízgőz sűrűsége. Nedvességviszony (x): Az a vízmennyiség, ami (1+x) kg tömegű nedves levegőben van, vagy az ami 1 kg száraz levegőre jut. A számítás alapján 1 kg szárazlevegő Ez azért célszerű, mert egy adott folyamat során állandó marad, míg ha 1 kg nedves levegőt vennék alapul, az a víz mg kiválásánál változna. x = A mol-ban és a kg-ban kifejezett nedvességtartalom között fennáll m1 mg az X M = 1.61 m1 Relatív nedvességtartalom (ϕ): A nedves levegő aktuális abszolút nedvességének és az ugyanilyen hőmérsékletű és nyomású vízgőzzel telített levegő abszolút nedvességtartalmának g g viszonyát. ϕ = γg γ gt Viszonylagos telítettség (ψ): A relatív nedvességtartalommal rokon fogalom. A telített levegő nedvességtartalmának és a vízgőzzel telített levegő nedvességtartalmának a viszonya: p − p gt x ψ = Parciális nyomásokkal is kifejezhető:ψ = ϕ ⋅ x1 p − pg

A nedves levegő fajhője (cp): Az a melegmennyiség, amely 1 kg nedves levegő hőmérsékletét állandó nyomásnál, 1 fokkal emeli. Dalton törvénye értelmében: 1 x cp = ⋅ c pl + ⋅ c pg = g1 + c pl + g 2 ⋅ c pg 1+ x 1+ x A nedves levegő entalpiája (h): A két komponens állandó nyomáson vett együttes képződéshője. Az (1+x) kg nedves levegő entalpiája: h=cpl ⋅ t+x ⋅ (cpgt+tO) A cpt a száraz levegő entalpiája, az x ⋅ cpgt túlhevítési hő, az x ⋅ rO a párolgáshő. h-x diagram: A légtechnikai folyamat elemzéséhez, irányításához használatos diagram. A levegő állapotát a diagramban egy pont, tehát két egymástól független jellemző (mint azok metszéspontja) egyértelműen meghatározza. A levegő állapotváltozásait a h-x diagramban az állapotváltozás h=f(x) – vagy állandó fajhőt feltételezve – t=f(x) függvénnyel lehet leírni. Ha ez a függvény lineáris, az állapotváltozás jellemzésére elég a (h1, x1) kiinduló

állapot, a végállapothoz tartozó bármely jellemzőt és az állapotváltozás irányát meghatározó irányjelzőt megadni. Az dh ∆h h1 − h2 iránytangens: . Az állapotváltozások h-x diagramban való követését a = = dx ∆x x1 − x2 diagram kerete mentén elhelyezett irányjelző skála, az ún. sugárdiagram könnyíti meg ϕ=1: határgörbe: A telítési állapotot jellemző görbe, az ún. telítési határgörbe, az x1-h összetartozó értékpárokból rajzolható meg. A határgörbe feletti térben a nedves levegő jellemzői, a határgörbe alatti térben a levegő túltelített tehát úgy is felfogható, hogy a ködmezőben telített állapotú nedves levegő és a belőle kondenzálódott x=x-xt mennyiségű víz keveréke található. Sugárdiagram: A h-x diagram kerülete mentén – adott állapotjelzőkkel rendelkező – víz, illetve gőz entalpiájával egyező iránytangensű hajlásszög skála. x-t diagram: A tengeren túli szárítástechnika és a

légtechnikai szakirodalomban használatos diagram. A ϕ=1 és ϕ=áll görbék származtatása a h-x diagramhoz hasonló módon történik Különbség azonban, hogy itt a telítetlen mező a ϕ=1 telítési görbe alatt helyezkedik el. Szárítás: Szárításon azokat a folyamatokat értjük, amelyek során szilárd, vagy gáznemű anyagok nedvességtartalmának csökkenése fázisváltozás közben megy végbe. A szárítási folyamat tehát a szilárd anyaghoz különböző formában kötődő víz elpárolgása, és ez által az anyag nedvesség- és szárazanyag-tartalmának viszonyában létrejövő változás a jellemző. A szárítás szorosabb értelemben olyan diffúziós művelet, amely során a szilárd anyag belsejéből a nedvesség diffúzióval jut a szilárd anyag felületére, onnan a szárító levegőbe és azzal együtt távozik. Szárításkor a szárítandó szilárd anyag nedvességtartalmának párolgása gőznyomást hoz létre, amely többek között az

anyag tulajdonságaitól és a hőmérséklettől függ. Ha olyan levegővel szárítunk, amelyben a vízgőz parciális nyomása kisebb, mint a száradó anyag nedvességtartalmának gőznyomása, úgy a szilárd anyag veszít nedvességtartalmából, tehát szárad. A szárítás alapvető funkciója a tartósítás, illetve a tárolás feltételeinek biztosítása Cél lehet további feldolgozás, vagy egyszerűbb forgalmazás, esetleg a termék szárítás által nyeri el végső alakját. Egyensúlyi nedvességtartalom: Megfelelő kölcsönhatási idő után, a szárítandó anyag nedvességtartalmának gőznyomása egyenlő lesz a szárító levegőben lévő vízgőz parciális nyomásával. Ekkor egyensúly alakul ki, a szárítás abbamarad Az anyag ilyen állapotban lévő nedvességtartalmát egyensúlyi nedvességtartalomnak nevezzük. Az egyensúlyi nedvességtartalom függ az anyag tulajdonságaitól, szerkezetétől, stb. Egyensúlyi nedvességtartalom görbe: Ha az

anyag nedvességtartalmának függvényeként ábrázoljuk annak a levegőnek a relatív nedvességét, amely egyensúlyban van az anyag aktuális nedvességtartalmával, az egyensúlyi nedvességgörbét kapjuk. Denaturálódás: A vízvesztés során a termék zsugorodik, a végtermék vízfelvevő képessége csökken (pH-változás, kisózódás, ionkoncentráció növekedése, stb. miatt) A szárítás intenzitása: Az eltávolított víz a felülettel arányos, ezért ahol ez lehetséges a fajlagos felület növelése a célszerű. Dimenzió: kg/m2/h A szárazanyag tömegárama (Gs): A szárítóba be- és kilépő szárazanyag tömegárama azonos. A szárazanyag tömegárama a belépő nedves anyag (G1) és a benne levő víz (G1w1) különbsége: Gs=G1-G1w1=G(1-w1) [kg/h] A kilépő szárított anyag adataival is meghatározhatjuk: Gs=G2G2w2=g2(1-w2) w − w2  kg  A szárítóközeggel elvitt víz tömegárama(Gv):GV=G1-G2 ⇒ GV = G1 1 1 − w2  h  w1 és w2:

az anyag nedves bázison mért nedvességtartalma. Ha m1 a nedves anyag tömege, és m2 a szárított anyag tömege, mv=m1-m2 a víztartalom tömege, a nedvességtartalom m számítható: w1 = v ⋅ 100% m1 mv  kg    A kétféle nedvességtartalom ms  kg  X w  kg  közötti átszámítás: w = ⋅ 100% és X =   l−X 100 − w  kg  Gv G A szárításhoz időegység alatt szükséges levegő tömege: L = = v x 2 − x1 ∆ x 1 kg nedves levegővel közölt hőmennyiség (qk): qk=h1-h0 [kJ/kg] Ahol h0 – a levegő entalpiája a melegítés előtt, h1 - a levegő entalpiája a melegítés után L(h1 − h2 ) L ⋅ q k A teljes hőigény (Qk): Qk = = 3600 3600 Q − Qv Szárítási tényező (ξ): ξ = sz Ahol Qsz – a szárítóban közölt hőmennyiség, Qv – az összes L veszteség, L – a szárítóközeg mennyisége [kg/h]. A szárítás fajlagos mutatója (qf): Megmutatja, hogy 1 kg vizet hány kJ hővel lehet Q L(h1 − h0 )  kJhő

 elpárologtatni a szárítandó anyagból. q f = k =   Gv L( x 2 − x1 )  lkgviz  Szárítás füstgáz-levegő keverékével (direkt szárítás): Az ilyen szárítóberendezésekben a levegő részben a célszerűen kialakított tűztérben, résben a forró füstgázokkal való keveredés során melegszik fel. Amennyiben a füstgáz-levegő keverék hőmérséklete a harmatpont felett van, a füstgázok a hidrogén égéstermékeként vízgőzt is tartalmaznak. Tehát a szárítókamrába lépő keverék nedvességtartalmát a keletkező vízgőz, füstgáz és beszívott friss levegő mennyiségének ismeretében meg kell határozni. A nedvességtartalom növekedés a keveredés folytán: X, A száraz bázison mért nedvességtartalom: X = G H 2O  kg    Ahol GH2O – az égés során az időegység alatt keletkező vízgőz, L – a G f + L  kg  beszívott friss levegő mennyisége, Gf – az időegység alatt keletkezett füstgáz

mennyisége. A szárítókamrába lépő közeg nedvességtartalma. 1 kg szárítóközeggel elvihető vízmennyiség: ∆x = x 2 − x1 Ahol x1 – nedvességtartalom a szárítóba lépéskor, és x2 – nedvességtartalom a szárítóból való kilépéskor. 3600 B ⋅ H  kJ  A tüzelőberendezésben közölt hő (qk) direkt szárításnál: q k = h − h0 = =   Gf + L L  kg  Ahol B – az óránként elégetett tüzleőanyag mennyisége [kg/h], Hi – Az elégetett tüzelőanyag fűtőértéke [kJ/h], másként az óránként felszabaduló hőmennyiség, L – a szárítóközeg mennyisége [kg/h] A hűtés: A hűtés olyan hőközlési folyamat, amikor a hő munkabefektetés árán alacsonyabb hőmérsékletű anyagból (térből) a magasabb hőfokszintű környezet felé áramlik. Közvetlen hűtés: Akkor valósítható meg, ha a lehűtendő anyagnál alacsonyabb hőfokú hűtőközeg áll rendelkezésre. Pl víz jéggel, amikor a jég az olvadáshoz

szükséges hőt a hűtendő anyagtól vonja el. Közvetett hűtés: A közvetett hűtéskor a hő természetes áramlásával ellentétes folyamat valósul meg, amely csak gépi berendezésekkel, befektetett külső energia felhasználásával érhető el. Hűtőberendezések: Azokat a berendezéseket, amelyek a hőnek alacsonyabb hőmérsékletszintről magasabb hőmérsékletszintre való szállítását külső energiaráfordítás árán megvalósítják, hűtőberendezéseknek nevezzük. Hűtőzözeg: A hűtőfolyamat munkaközege, amelynek elpárologtatási hőmérséklete a hűtendő közegnél alacsonyabb. Párolgásához a hőt a hűtendő anyagtól vonja el (Pl ammónia, freon, stb) A hőt felvevő közeg: A hűtőközegnél alacsonyabb hőmérsékletű a folyamat hőleadó szakaszában, annak érdekében, hogy a magasabb hőmérsékletszintre (kondenzációs hőmérsékletszintre) szállított hő leadása révén a hűtőközegből újbóli hőfelvételre legyen alkalmas.

Ilyen hűtőközeg pl a környezeti levegő, vagy folyóvíz A hűtőberendezések osztályozása az energia fajtája alapján: mechanikai munka, hőenergia, villamosenergia felhasználásával működő berendezés. A hűtőközeg felhasználása alapján: légnemű és gőznemű hűtőközeggel dolgozó berendezés. Lég- vagy gáznemű hűtőközeg: Ha a folyamat során a hűtőközeg halmazállapota nem változik. Gőznemű hűtőközeg: Hőfelvétel során a hűtőközeg elpárolog, a hőleadás pedig kondenzációval járó folyamat, tehát a gőznemű hűtőközeg halmazállapota változik a folyamat során. Mechanikai munkát igénylő berendezések az ún. kompresszoros hűtőberendezések Az alkalmazott hűtőközeg (a folyamat munkaközege) egyaránt lehet gáz vagy gőz. Egy-, két- vagy többfokozatú hűtőberendezések: Attól függően, hogy mekkora a két hőmérséklet szint között a nyomáskülönbség egy-, két- vagy többfokozatú berendezéseket szokás

üzemeltetni. Nagy nyomásviszonynál szokásos a kompresszió munka csökkentése érdekében két- vagy több kompresszort sorba kötni. Minden két kompresszor közé ún közbülső hűtő kerül, amely a hűtőközeget állandó nyomáson a kompresszió végi hőmérsékletről a száraz telített gőz hőmérsékletére hűti a közeget. Tehát valamennyi kompresszor száraz telített gőzt szív, csak különböző közepes nyomásokon. Kétfokozatú hűtő körfolyamat úgy is megvalósítható, hogy a hűtés ta és a kondenzáció tt hőmérséklete egy közbülső tk közös hőmérsékleti szint között két független kompresszoros körfolyamatot létesítünk. A két rendszer egy közös szerkezeti elemben kapcsolódik. Az elnyelető az alsó körben a kondenzátor, a felső körben az elpárologtató szerepét tölti be. Expanzióhengeres és fojtószelepes hűtőberendezések: A kondenzációs hőmérséklet szintjéről a hőfelvétel hőmérséklet szintjére

történő visszaszállítás alapján expanzióhengeres és fojtószelepes megoldások ismertek. Expanzióhenger alkalmazásával az expanzió adiabatikus folyamatként valósul meg. A folyamat során a hőfok és a nyomás a pf és Tf felső szintről a pa és Ta alsó szintre csökken. Az expanzió után a közeg nedves gőz Ezt vezetjük be a jégszekrényben lévő elpárologtatóba. Az expanzióval csekély munkát nyerünk A gyakorlatban általában a nagy helyet igénylő költséges expanzióhenger helyett a csőhálózatba épített egyszerű keresztmetszet szűkítőt, vagyis fojtószelepet építenek, amelyen áthaladva a gőz hőmérséklete lecsökken az alsó ∆x1 = hőfok- és nyomásszintre. A fojtószelepen keresztül történő nyomáscsökkenés azonban munkát nem eredményez. A hűtőkompresszorba jutó gőznemű hűtőközeg alapján a kompresszoros hűtőberendezéseket nedves, száraz, erős gőztúlhevítéses és befecskendezéses berendezésekre osztjuk

fel. Valamennyi hűtőberendezés lehet egyben utóhűtéses is. Szorpciós és az ún. gőzsugár kompresszoros hűtőberendezések: A közvetlen hőenergiát igénylő folyamatokat megvalósító berendezések az ún. szorpciós hűtőberendezések (lehetnek abszorpciós és deszorpciós berendezések), valamint a gőzsugár kompresszoros hűtőberendezés. Kivétel nélkül gőznemű közvetítőközeggel dolgoznak. Szorpciós hűtőberendezés: Ezekben a berendezésekben a munkaközeg kétkomponensű oldat, ún. közegpár, a hűtőközeg és egy megfelelő oldószer elegye A folyamat során az oldat koncentrációja változó. Az egységnyi tömegű (1 kg) közvetítőközeggel létesíthető hűtőteljesítményt (q0). q0=h1-h4 Az adiabatikus kompresszióhoz szükséges technikai munka: wk=h2-h4. Az adiabatikus expanzióból visszanyert munka: we=h3-h4. A hűtőfolyamat fenntartásához szükséges munka: w=wk-we. A kondenzátorban a hűtővíznek leadott hőmennyiség: qk=h2-h3.

Fajlagos hűtőteljesítmény (ε): A hűtőfolyamat fajlagos hűtőteljesítménye arra ad felvilágosítást, hogy 1 kJ befektetett munka árán hány kJ hőt tudunk elvonni a hűtendő anyagból q az adott hőfokhatárok között: ε = 0 w Hőviszony (ε): Abszorpciós hűtőberendezéseknél közvetlenül villamos energiát (qbe) fektetünk q be, a jellemző mutatót pedig hőviszonynak (εq) nevezi a szakirodalom: ε q = 0 qbe A keringetendő hűtőközeg mennyiség (K): Adott Qo (kW) hűtőteljesítmény és qo (kJ/kg) Q esetén a következőképpen számoljuk: K = 0 Qbe A kompresszor teljesítőképessége (Vk): Az I. állapotban uralkodó fajtérfogatot v1 (m3/kg) (a kompresszorba áramló közeg fajlagos térfogata) megszorozzuk a keringetendő hűtőközeg mennyiségével K (kg/h): Vk=K ⋅ v1. Az expanzióhenger teljesítőképessége (Ve): Az expanzióhenger teljesítőképességét a keringetendő közegmennyiség és annak a 4. pontban lévő (az expanzió végi fajlagos

térfogat) fajtérfogata adja. Ve=K ⋅ v4 Hűtőfolyamat fojtószelep alkalmazásával: A gyakorlatban a nagy helyet igénylő költséges expanzióhenger helyett a csőhálózatba épített egyszerű keresztmetszet szűkületet, vagyis fojtószelepet alkalmaznak. A fojtószelepen keresztül történő nyomáscsökkenés (expanzió) azonban munkát nem eredményez. Tehát ez esetben a fajlagos hűtőteljesítmény az alábbi módon q q Ta ( s1 − s 2 ) számítható: ε = 0 = 0 = Az ε>ε, mert a munka nő, a qo pedig kisebb w wk T1 ( s 2 − s3 ) − Ta ( s1 − s 4 ) (qo <qo). Az 1 kg hűtőközeggel megvalósítható hűtőteljesítmény (qo) az entalpia különbségéből számolva mutatja a fojtás okozta veszteséget: qo=h1-h4 <qo=h1-h4 A fajlagos hűtőteljesítmény növelésének módszerei: Egyrészt az utóhűtés és túlhevítés, másrészt többfokozatú kompresszió alkalmazása. Utóhűtés: A kondenzátort elhagyó magasabb hőmérsékletű kondenzátum és

az annál alacsonyabb hőmérsékletű hőt felvevő közeg lehetőséget ad arra, hogy egy a kondenzátor után beépített ellenáramú hőcserélőben a hőt felvevő közeggel a kondenzátumot közel annak belépő hőmérsékletére hűtsük le, nyomásának elméletileg változatlan értéke mellett. Ez a kiegészítő hőcsere, a hűtőközeg utóhűtése, a hűtő körfolyamat fajlagos hűtőteljesítményét javítja. Azonos viszonyok mellett, a kompresszor által az elpárologtatóból elszívott – meghatározott térfogatárammal – nagyobb hűtőteljesítmény létesítését teszi lehetővé a fenntartáshoz szükséges teljesítmény azonos értéke mellett. Túlhevítés: A jégszekrényben található elpárologtató olyan kialakítású, amely a hűtőközeg teljes elpárologtatását biztosítja, ezáltal a kompresszor száraz telített gőzt szív. A kompresszor azt adiabatikusan összesűríti. Az 1 kg hűtőközeggel megvalósítható hűtőteljesítmény

megnövekedett azáltal, hogy a kompresszió kezdete nedvesgőz állapot helyett a száraz telített gőz állapotban helyeződött át. Többfokozatú kompresszió: Többfokozatú kompresszió alkalmazása nagy nyomásviszonynál szokásos a kompresszió munka csökkentése érdekében. Pl két kompresszor alkalmazása esetében, közéjük ún. közbülső hűtő kerül, amely a hűtőközeget állandó pk nyomáson T2 hőmérsékletről a közbülső nyomásszintnek megfelelő száraz telített gőz hőmérsékletére hűti a hűtőközeget. Hűtőközeg: A szakirodalom hűtőközegnek a hűtőfolyamatot megvalósító berendezés munkaközegét nevezi. A gyakorlat általában ezalatt az ún gőznemű hűtőközegként alkalmazható anyagokat érti. Az anyag kritikus hőmérsékletének magasabbnak kell lennie a megvalósítandó hűtő-körfolyamat hőleadási hőmérsékleténél, a dermedéspontnak viszont alacsonyabbnak kell lennie a létesítendő elpárolgási

hőmérsékletnél, valamint egyéb üzembiztonság szempontjából fontos tulajdonsággal is kell rendelkezniük (pl. ammónia, freon, stb) A hűtőközeg és a környezetvédelem: Az alkalmazott hűtőközegek jelentős része potenciális környezeti veszélyforrás. Mindaddig, míg rendeltetésszerű használatuk során zárt termodinamikai rendszert alkotnak veszélytelenek, azonban a környezetbe kerülve sokféle környezetkárosító hatást fejtenek ki. A legfontosabbak közülük: a toxicitás, az éghetőség és robbanásveszély, az ózonpajzsra gyakorolt romboló hatás, a globális felmelegedést fokozó hatás és a szaghatás. Toxicitás: Az élő szervezetre kifejtett akut vagy krónikus mérgezőhatást jelenti, beleértve a genetikai kihatásokat is. Éghetőség, ill. robbanásveszély: Rendszerint a hűtőközeg és a levegő meghatározott arányú keverékénél (pl. ammónia, stb) jelentkezik, vagy szénhidrogének használatánál állhat fenn A Föld

globális felmelegedését fokozó üvegházhatás: GWP faktorral jellemezzük (globális felmelegítő képesség). Ez egy viszonyszám, amelynek meghatározásához a széndioxid GWP-jét tekintjük egységnyinek. Az ózonpajzsra kifejtett károsító hatás: ODP faktorral (ózonlebontó képesség) jellemzik. Az ODP faktor az R11 hűtőközeghez (annak ODP-jét egynek véve) viszonyítja a különböző hűtőközegek ózonlebontó képességét. TEW1-érték: A GWP faktor nem alkalmas teljes egészében a hűtőközegek üvegházhatásának jellemzésére. Komplexebb mutató e tekintetben a TEW1 érték (teljes egyenértékű melegítő hatás), amelynek meghatározása: TEW1=M.GWP+moWE, ahol: M – a kibocsátott hűtőközeg teljes mennyisége kg-ban, GWP – a közeg GWP-je CO2-re számolva, mo – a hűtőrendszer működéséhez szükséges elektromos energia előállítása során kibocsátott fajlagos széndioxid tömeg (kg/kWh), WE – a hűtőrendszer élettartama alatt

felhasznált elektromos energia (kWh). Közvetítőközegek: A hűtési feladatot nem közvetlenül a hűtőközeggel oldjuk meg gyakran, hanem a hőelvonás közvetítésére más folyadékot alkalmazunk. A hűtőközeggel hőcserélőn keresztül a közvetítőközeget hűtjük le, a megfelelő üzemi hőmérsékletre és azután a hözvetítőközeg végzi a tulajdonképpeni hűtési feladatot. Pl Ha a hűtés elpárolgási hőfoka 0 Celsiusnál nagyobb, a közvetítőközegként édesvizet használnak (Pl. télen meleg, nyáron hideg víz áramlik a hőcserélőkben). Ilyenek a sóoldatok vagy sólevek is 0 Celsius és –45-55 Celsius hőmérsékletig használják. Pl nátriumklorid, kalciumklorid, magnéziumklorid, stb Gázüzemű hűtőgépek: A hűtőberendezés működése elvileg azonos a gőznemű hűtőközeggel dolgozó dugattyús hűtőgépével. Megtaláljuk itt is a kompresszort, mely a hűtendő térből szívja el a hideg levegőt és komprimálja a természetes

hűtőközegek hőmérséklete fölé. A hőcserélőben a levegő nyomása állandó marad, miközben a természetes hűtőközeg hűtőhatására hőmérséklete csökken. Az expanzióhengerben a felső nyomásszintről az alsó nyomásszintre jut a levegő, hőfokcsökkenés mellett. Mindkét nyomásszinten, a felsőn, ahol a hőleadás, és az alsón, ahol a hőfelvétel történik a nyomások állandók maradnak, azonban a hőfokok változnak. Ez alapvető különbség a gőz- és a gáznemű hűtőközeggel dolgozó hűtőgépek között. További különbség, hogy nem alkalmazhatunk fojtószelepet, mivel a levegőnél, vagy bármely gáznemű hűtőközegnél a fojtás nem okoz hőfokcsökkenést. Léghűtőgépek: Teljesen azonos elven működik a gázüzemű hűtőgépekkel, csak a jégszekrény helyett maga a hűtendő helyiség szerepel. A kompresszor a hűtendő teremből szív A magas nyomású és hőmérsékletű levegő a hőcserélőben lehül és a hőt állandó

nyomás mellett (pf) adja le. Az expanzióhengerben a nyomás az alsó nyomásszintre kerül a hőmérséklete lecsökken A teremből a kiindulási állapotú levegőt szív el a kompresszor, és az expanzióhenger 4-es állapotút szállít vissza. A folyamat elvileg megfordítható, és így a korábban hűtésre alkalmazott rendszerre a helyiség fűthető. A levegővel dolgozó hűtőgépek fajlagos hűtőteljesítménye rossz, és adott hűtőteljesítmény megvalósításához a keringetendő közegmennyiség igen tekintélyes értékű, mivel a levegő fajhője kicsiny. Hőszivattyú: Olyan gépi berendezés, mely a magasabb hőfokszinten hőt szolgáltat oly módon, hogy erre a szintre külső energia hozzávezetésével az alsó hőfokszintről hőt szállít a hozzávezetett külső energia hőegyenértékével együtt. Működési elve hőtani folyamat szempontjából azonos a gőznemű közvetítőközeggel üzemelő hűtőgéppel, de attól rendeltetésében eltér,

ezért az alsó és felső hőfokszint eltolódik a magasabb hőmérsékletek irányába. Hőszivattyúnál az alsó hőfokszint a hőforrás, mely lehet folyóvíz, vagy környezeti levegő. A nagyfokú hőmérséklet ingadozás miatt tartós üzemre ezek a természetes hőforrások nem alkalmasak. Hőszivattyúk üzeme előnyös az ipari üzemekből származó felmelegedett víz, vízgőz vagy gáz hőhasznosítására. Abszorpció: Gáz kémiai átalakulás nélkül történő oldódása folyékony (vagy szilárd) közegben. A gázok oldhatósága (állandó hőmérsékleten) nyomásukkal egyenesen arányos. Oldhatóságuk folyadékban a hőmérséklet emelkedésével csökken. Abszorpciós hűtőgépek: Ezekben a berendezésekben a hő alacsonyabb szintről magasabb szintre szállítása nem külső munka, hanem külső hőközlés hatására valósul meg. Ezeknél a gépeknél a hűtőközegen kívül még egy közeget kell alkalmazni a gőznemű hűtőközeg elnyeletésére,

abszorbeálására. A hűtőközeg ammónia, az abszorbeáló a víz Az abszorbciós hűtőgépekbe a kompresszoros berendezésekben tárgyalt elemek közül a két hőcserélő (kondenzátor és elpárologtató), valamint a fojtószelep található meg. A kompresszor helyett azonban más készülék kerül a rendszerbe. Az elpárologtatóval összeköttetésben áll a vízzel töltött ún oldó, mely az elpárologtatóban keletkezett ammónia gőzöket elnyeli. Az elnyelt ammóniagőzök helyébe a nyomáscsökkenés folytán állandóan friss gőzök érkeznek. Az oldó tehát megszívja az elpárologtatót. Az abszorpció annál hevesebben megy végbe, minél hidegebb az oldóban a víz, ezért az oldón keresztül egy csőkígyó halad, melyen hűtővizet áramoltatunk keresztül. Ezzel már helyettesítettük a kompresszor szívó oldalát. Ami a nyomóoldalt illeti, az ammóniagőzök úgy jutnak el a kondenzátorba, hogy először az oldatszivattyú az ammóniadús oldatot az

oldóból a kazánba nyomja. A kazánban az oldatnak egy fűtőtest (csőkígyó) útján való melegítésével az ammónia gőzöket z oldatból kihajtjuk. Innen a gőzök csővezetéken keresztül a kondenzátorba jutnak. A kondenzátorban éppen úgy, mint a kompresszoros gépeknél, az ammóniagőzöket cseppfolyósítjuk. A cseppfolyós ammónia a fojtószelepen keresztül az elpárologtatóba jut, ahol ismét hőt vesz fel, és a folyamat ismétlődik