Πρόκειται για το δεύτερο εξαμηνιαίο μάθημα Θερμοδυναμικής. Ο φοιτητής θα πρέπει να κατανοήσει την θερμοδυναμική των μιγμάτων και της καύσης, τη χημική ισορροπία και την ισορροπία φάσεων και θα πρέπει να καταστεί ικανός να φέρει σε πέρας βασικούς υπολογισμούς θερμοδυναμικής και εξεργειακής ανάλυσης.

1. Σχέσεις θερμοδυναμικών ιδιοτήτων: Υπολογισμός p-v-T με χρήση καταστατικών εξισώσεων με δύο ή περισσότερες σταθερές αερίων. Κατανόηση και εφαρμογή της έννοιας του πλήρους διαφορικού θερμοδυναμικών ιδιοτήτων σε υπολογισμούς. Υπολογισμός Δu, Δh και Δs με χρήση της εξίσωσης Clapeyron όταν έχουμε αλλαγή φάσης, και με χρήση καταστατικών εξισώσεων και σχέσεων με ειδικές θερμοχωρητικότητες όταν έχουμε μία φάση. Κατανόηση του τρόπου κατασκευής των πινάκων θερμοδυναμικών ιδιοτήτων.

2.Ιδανικά μίγματα αερίων – εφαρμογή στην ψυχρομετρία: Περιγραφή της σύστασης ιδανικού μίγματος αερίων μέσω κλασμάτων μάζας/ μοριακών κλασμάτων. Χρήση του μοντέλου Dalton για συσχέτιση πίεσης, όγκου και θερμοκρασίας και υπολογισμό μεταβολών U, H, και S για ιδανικά μίγματα αέρίων. Εφαρμογή ισοζυγίων μάζας, ενέργειας και εντροπίας σε ιδανικά μίγματα αερίων, καθώς και σε διεργασίες ανάμιξης. Κατανόηση όρων ψυχρομετρίας: απόλυτη/ σχετική υγρασία, ενθαλπία υγρού αέρα και θερμοκρασία σημείου δρόσου. Χρήση του ψυχρομετρικού χάρτη για απεικόνιση βασικών διεργασιών κλιματισμού. Εφαρμογή ισοζυγίων μάζας, ενέργειας και εντροπίας στην ανάλυση βασικών διεργασιών κλιματισμού και πύργων ψύξης.

3. Εξεργειακή ανάλυση: Κατανόηση βασικών εννοιών εξεργειακής ανάλυσης, όπως το περιβάλλον αναφοράς μηδενικής εξέργειας, η νεκρή θερμοδυναμική κατάσταση, η μεταφορά και καταστροφή εξέργειας. Υπολογισμός της εξέργειας ως καταστατικού μεγέθους καθώς και της μεταβολής εξέργειας μεταξύ δύο θερμοδυναμικών καταστάσεων, με χρήση κατάλληλων δεδομένων. Εφαρμογή ισοζυγίων εξέργειας σε κλειστά συστήματα καθώς και σε όγκους ελέγχου σε διεργασίες μόνιμης ροής. Ορισμός και υπολογισμοί εξεργειακού βαθμού απόδοσης.

4. Χημικές αντιδράσεις και Καύση: Ορισμός της τέλειας καύσης, του στοιχειομετρικά απαιτούμενου αέρα, του λόγου αέρα, της ενθαλπίας σχηματισμού, θερμογόνου δύναμης καυσίμου και της αδιαβατικής θερμοκρασίας φλόγας. Υπολογισμοί των παραπάνω ποσοτήτων σε καύση στερεών, υγρών και αερίων καυσίμων. Υπολογισμός λόγου αέρα με βάση τη σύσταση των καυσαερίων. Υπολογισμός βαθμού απόδοσης εστίας καύσης. Εφαρμογή ισοζυγίων μάζας, ενέργειας και εντροπίας σε κλειστά συστήματα και όγκους ελέγχου όπου λαμβάνουν χώρα χημικές αντιδράσεις.

5. Χημική ισορροπία και ισορροπία φάσεων: Επεξήγηση βασικών εννοιών χημικής ισορροπίας και ισορροπίας φάσεων, κριτηρίων ισορροπίας, σταθεράς ισορροπίας και του κανόνα φάσεων του Gibbs. Εφαρμογή της σχέσης σταθεράς ισορροπίας προκειμένου να συσχετίσουμε μερικές πιέσεις αντιδρώντων/ προϊόντων με τη θερμοκρασία, για απλές ή πολλαπλές χημικές αντιδράσεις. Εφαρμογή εννοιών χημικής ισορροπίας σε συνδυασμό με ισοζύγια ενέργειας. Προσδιορισμός θερμοκρασίας ισορροπίας φλόγας. Εφαρμογή του κανόνα φάσεων του Gibbs.

6. Κύκλοι παραγωγής ισχύος με αέριο: Ανάλυση θερμοδυναμικών κύκλων μηχανών εσωτερικής καύσης με βάση τους κύκλους Otto και Diesel. Χάραξη διαγραμμάτων p-V και T–s, προσδιορισμός ιδιοτήτων. Εφαρμογή ισοζυγίων ενέργειας, εντροπίας και εξέργειας. Προσδιορισμός ισχύος εξόδου, θερμικού βαθμού απόδοσης και μέσης ενδεικνύμενης πίεσης. Ανάλυση θερμοδυναμικών κύκλων αεριοστροβίλων με βάση τον κύκλο Brayton. Χάραξη διαγραμμάτων T–s, προσδιορισμός ιδιοτήτων. Εφαρμογή ισοζυγίων ενέργειας, εντροπίας και εξέργειας. Προσδιορισμός ισχύος εξόδου, θερμικού βαθμού απόδοσης και back work ratio, επίδραση λόγου πιέσεων συμπιεστή στο βαθμό απόδοσης. Ανάλυση υποηχητικών και υπερηχητικών ροών μέσα από ακροφύσια και διαχύτες, επίδραση μεταβολής της διατομής ροής στις ιδιότητες, επίδραση αντίθλιψης στη ροή μάζας. Στραγγαλισμός και εμφάνιση κρουστικού κύματος.

7.Θερμοδυναμική της ψύξης – Αντλίες θερμότητας: Κατανόηση των βασικών ψυκτικών κύκλων με συμπίεση ψυχρού ατμού. Ανάλυση θερμοδυναμικών μοντέλων ψυκτικών κύκλων, με απεικόνιση στα διαγράμματα logp-h και T-s. Εφαρμογή ισοζυγίων ενέργειας, εντροπίας και εξέργειας για τις βασικές διεργασίες του κύκλου. Ορισμός και προσδιορισμός του αριθμού ισχύος (COP) και της ψυκτικής απόδοσης του κύκλου. Κατανόηση της επίδρασης βασικών παραμέτρων σχεδιασμού και ελέγχου του ψυκτικού κύκλου στην απόδοση.

Προτεινόμενη Βιβλιογραφία:

• MICHAEL J. MORAN, HOWARD N. SHAPIRO, DAISIE D. BOETTNER, MARGARET B. BAILEY: Fundamentals
  of Engineering Thermodynamics Wiely 2014
• Hans Dieter Baehr ThermodynamikGrundlagen und technische Anwendungen 12 Auflage Springer
  2005
• Borgnakke C., Sonntag R.E.‐Fundamentals of Thermodynamics‐8 ed. Wiley 2013.
• Mark Waldo Zemansky, Richard Dittman: Heat and thermodynamics an intermediate textbook‐7 ed.
  McGraw‐Hill (1997)                           

Συναφή επιστημονικά περιοδικά:                                       

• Brennstoff‐Waerme‐Kraft (VDI)

Ελληνική

Διαλέξεις, Ασκήσεις