ΠΡΟΛΟΓΟΣ……………………………………………………………………………………………………………..VII
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ………………………………………………………………………………………………………. IX
ΣΥΜΒΟΛΑ / ΑΚΡΩΝΥΜΙΑ…………………………………………………………………………………. XXIII
Α. ΘΕΩΡΙΑ…………………………………………………………………………………………………………………..1
1
O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΒΑΣΙΚΕΣ EΝΝΟΙΕΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗΣ ……………………………….2
1.1 Αντικείµενο της Θερµοδυναµικής……………………………………………………………………………………………2
1.2 Θερµοδυναµικά Συστήµατα ……………………………………………………………………………………………………3
1.3 Θερµοδυναµικές Ιδιότητες και Καταστάσεις ……………………………………………………………………………..4
1.3.1 Ποσότητα……………………………………………………………………………………………………………………….5
1.3.2 Πίεση…………………………………………………………………………………………………………………………….6
1.3.3 Θερµοκρασία ………………………………………………………………………………………………………………….8
1.4 Μηδενικός Θερµοδυναµικός Νόµος………………………………………………………………………………………. 11
2
O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΕΡΓΑΖΟΜΕΝΟ ΜΕΣΟ……………………………………………………………………..13
2.1 Καθαρή Ουσία…………………………………………………………………………………………………………………… 13
2.2 ∆ιεργασίες Αλλαγής Φάσης…………………………………………………………………………………………………. 14
2.3 ∆ιαγραµµατική Απεικόνιση ∆ιεργασιών Αλλαγής Φάσης………………………………………………………….. 16
2.4 Ιδανικό (Τέλειο) Αέριο………………………………………………………………………………………………………… 20
2.5 Πραγµατικά Αέρια……………………………………………………………………………………………………………… 20
2.6 Εξίσωση van der Walls και Ενεργός Καταστατική Εξίσωση………………………………………………………. 25
2.7 Μεταβολές Ιδανικών Αερίων ……………………………………………………………………………………………….. 26
3
O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΠΡΩΤΟΣ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ…………………………………………31
3.1 Ενέργεια …………………………………………………………………………………………………………………………… 31
3.2 Θερµότητα και Μηχανισµοί Μετάδοσης ………………………………………………………………………………… 33
3.3 Έργο………………………………………………………………………………………………………………………………… 35
3.4 Πρώτος Θερµοδυναµικός Νόµος για Κλειστά Συστήµατα …………………………………………………………. 37
3.5 Ενθαλπία ………………………………………………………………………………………………………………………….. 39
3.6 Ειδικές Θερµότητες Ιδανικού Αερίου …………………………………………………………………………………….. 40
3.7 Ειδικές Θερµότητες Ασυµπίεστων Ουσιών……………………………………………………………………………… 43
3.8 Αρχή ∆ιατήρησης της Μάζας……………………………………………………………………………………………….. 44
3.9 Ολική Θερµοδυναµική Ενέργεια Ρέοντος Ρευστού…………………………………………………………………… 44
3.10 Πρώτος Θερµοδυναµικός Νόµος για Ανοικτά Συστήµατα ……………………………………………………….. 44
3.11 Εφαρµογή του Πρώτου Θερµοδυναµικού Νόµου στις Μεταβολές των Ιδανικών Αερίων ………………. 46
3.12 Μεταβολές Μόνιµης Ροής………………………………………………………………………………………………….. 52
3.13 Μεταβολές Μεταβατικής Ροής……………………………………………………………………………………………. 55
3.14 Έργο Ογκοµεταβολής και Τεχνικό Έργο ………………………………………………………………………………. 57
3.15 Θερµιδοµετρία …………………………………………………………………………………………………………………. 57
3.15.1 Θερµιδόµετρο Οβίδας………………………………………………………………………………………………….. 57
3.15.2 Θερµιδόµετρο Ροής……………………………………………………………………………………………………… 58
4
O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ∆ΕΥΤΕΡΟΣ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ …………………………………….60
4.1 Ποιοτική ∆ιατύπωση του ∆εύτερου Θερµοδυναµικού Νόµου…………………………………………………….. 60
4.2 Θερµικές Μηχανές……………………………………………………………………………………………………………… 60
4.3 Θερµοδυναµική Κλίµακα Θερµοκρασίας ……………………………………………………………………………….. 62
4.4 Ιδανικός Κύκλος Παραγωγής Ψύξης Carnot……………………………………………………………………………. 64
4.5 Αντιστρεπτές και Μη Αντιστρεπτές ∆ιεργασίες……………………………………………………………………….. 66
x ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ Απ. Λ. Πολυζάκης
5
O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΤΡΙΤΟΣ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ …………………………………………. 69
5.1 Ποσοτική ∆ιατύπωση του ∆εύτερου Θερµοδυναµικού Νόµου – Εντροπία ……………………………………. 69
5.2 Τρίτος Θερµοδυναµικός Νόµος…………………………………………………………………………………………….. 76
5.3 Υπολογισµός της Μεταβολής της Εντροπίας στις ∆ιεργασίες Ιδανικών Αερίων…………………………….. 78
5.4 ∆ιαγράµµατα P-V, Τ-s και h-s………………………………………………………………………………………………. 80
5.5 Σχέσεις Τds ή Πρώτη και ∆εύτερη Σχέση του Gibbs ………………………………………………………………… 83
5.6 Ισεντροπικές ∆ιεργασίες Ιδανικών Αερίων……………………………………………………………………………… 84
5.7 Ισεντροπικές ∆ιεργασίες Στερεών και Υγρών………………………………………………………………………….. 85
5.8 ∆ιεργασίες Έργου ………………………………………………………………………………………………………………. 86
5.9 Απόδοση Ισεντροπικής Συµπίεσης………………………………………………………………………………………… 88
5.10 Απόδοση Ισεντροπικής Εκτόνωσης……………………………………………………………………………………… 90
5.11 Παραγωγή Εντροπίας………………………………………………………………………………………………………… 91
5.12 Θερµοδυναµικά ∆υναµικά – Σχέσεις Gibbs, Maxwell, Clapeyron και Clapeyron-Clausius …………….. 94
5.13 Υπολογισµός των Μεγεθών u, h, s και των Μεγεθών cv, cp………………………………………………………. 98
5.14 Συντελεστής Joule-Thomson…………………………………………………………………………………………….. 101
5.15 Εφαρµογές του Πρώτου Θερµοδυναµικού Νόµου και Θερµοδυναµικά ∆υναµικά………………………. 102
5.16 Φυσική Σηµασία των Ενεργειών Helmholtz και Gibbs …………………………………………………………. .105
6
O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: Ι∆ΑΝΙΚΟΙ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΟΙ ΚΥΚΛΟΙ
ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΜΕ ΑΕΡΑ …………………………………………………. 109
6.1 Κυκλικές θερµοδυναµικές µεταβολές…………………………………………………………………………………… 109
6.2 Κύκλος Carnot…………………………………………………………………………………………………………………. 110
6.3 Κύκλος Otto ……………………………………………………………………………………………………………………. 113
6.4 Κύκλος Diesel………………………………………………………………………………………………………………….. 116
6.5 Κύκλος Μικτός (Diesotto)………………………………………………………………………………………………….. 119
6.6 Κύκλος Brayton-Joule……………………………………………………………………………………………………….. 120
6.7 Κύκλος Stirling………………………………………………………………………………………………………………… 124
6.8 Κύκλος Ericsson ………………………………………………………………………………………………………………. 125
7
O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: Ι∆ΑΝΙΚΟΙ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΟΙ ΚΥΚΛΟΙ
ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΜΕ ΑΤΜΟ…………………………………………………. 127
7.1 Ιδανικό Υγρό και Ατµός…………………………………………………………………………………………………….. 127
7.2 Ενθαλπία και Εντροπία Μίγµατος Νερού/Ατµού……………………………………………………………………. 130
7.3 Κύκλοι Παραγωγής Ισχύος µε Ατµό…………………………………………………………………………………….. 131
7.3.1 Κύκλος Ατµού Carnot ………………………………………………………………………………………………….. 131
7.3.2 Κύκλος Rankine………………………………………………………………………………………………………….. 132
7.3.3 ∆ιαµορφώσεις του Κύκλου Rankine……………………………………………………………………………….. 134
7.4 Βασικά Στοιχεία Λειτουργίας Συµβατικού Ατµοηλεκτρικού Εργοστασίου …………………………………. 142
7.5 Εργοστάσια Παραγωγής Ηλεκτρικής Ισχύος Συνδυασµένου Κύκλου ……………………………………….. 146
7.5.1 Αρχές Συνδυασµένων Κύκλων ………………………………………………………………………………………. 146
7.5.2 ∆ιαµορφώσεις Εργοστασίων Συνδυασµένου Κύκλου ………………………………………………………… 148
7.5.3 Κύρια Εξαρτήµατα του Συνδυασµένου Κύκλου………………………………………………………………… 150
7.5.4 Υπολογισµός στο Σηµείο Σχεδιασµού CCPP Μονής Πίεσης……………………………………………….. 154
7.6 Τεχνολογίες Συµπαραγωγής……………………………………………………………………………………………….. 156
7.6.1 Η Έννοια της Συµπαραγωγής………………………………………………………………………………………… 156
7.6.2 Σύγχρονες Τεχνικές Συµπαραγωγής ……………………………………………………………………………….. 158
7.6.3 Τρόποι Λειτουργίας των Συστηµάτων Συµπαραγωγής……………………………………………………….. 159
7.7 Τρι-παραγωγή………………………………………………………………………………………………………………….. 161
7.8 Εφαρµογές Συµπαραγωγής/Τρι-παραγωγής…………………………………………………………………………… 162
8
O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: Ι∆ΑΝΙΚΟΙ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΟΙ ΚΥΚΛΟΙ
ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΨΥΞΗΣ……………………………………………………………………. 163
8.1 Εισαγωγή………………………………………………………………………………………………………………………… 163
8.2 Ιδανικός Θερµοδυναµικός Κύκλος Ψύξης µε Συµπίεση Ατµού…………………………………………………. 163
8.3 Ιδανικός Θερµοδυναµικός Κύκλος Πολυβάθµιας Ψύξης …………………………………………………………. 166
8.4 Ιδανικός Θερµοδυναµικός Πολυβάθµιος Κύκλος µε Θάλαµο Ανάµιξης……………………………………… 167
ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ Απ. Λ. Πολυζάκης xi
8.5 Ιδανικός Θερµοδυναµικός Κύκλος για Υγροποίηση Αερίων …………………………………………………….. 168
8.6 Ιδανικός Θερµοδυναµικός Κύκλος µε Αέριο …………………………………………………………………………. 169
8.7 Συστήµατα Παραγωγής Ψύξης µε Απορρόφηση…………………………………………………………………….. 169
8.8 Ψυκτικά Ρευστά……………………………………………………………………………………………………………….. 177
9
O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΜΙΓΜΑΤΑ ΑΕΡΙΩΝ ΚΑΙ ΑΕΡΙΩΝ-ΑΤΜΩΝ ……………………………………179
9.1 Αέρια Μίγµατα ………………………………………………………………………………………………………………… 179
9.2 Ιδιότητες Ιδανικών και Πραγµατικών Μιγµάτων Αερίων…………………………………………………………. 181
9.3 Πραγµατικός Αέρας………………………………………………………………………………………………………….. 183
9.4 Σχετική και Ειδική Υγρασία……………………………………………………………………………………………….. 184
9.5 Θερµοκρασία ∆ρόσου, Αδιαβατικού Κορεσµού και Υγρού Βολβού ………………………………………….. 186
9.6 Ψυχροµετρία……………………………………………………………………………………………………………………. 188
9.7 Κλιµατισµός ……………………………………………………………………………………………………………………. 190
9.8 ∆ιεργασίες Κλιµατισµού ……………………………………………………………………………………………………. 191
10O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ ΥΨΗΛΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ ……………………………..195
10.1 Θερµοδυναµική Ρευστών µε Υψηλές Ταχύτητες, (Μ>0.3)……………………………………………………… 195
10.2 Φαινόµενα Συµπιεστότητας………………………………………………………………………………………………. 197
10.3 Μονοδιάστατη Ισεντροπική Ροή………………………………………………………………………………………… 199
10.4 Σχέσεις µεταξύ Στατικών και Ολικών Μεγεθών Συναρτήσει του Αριθµού Mach ……………………….. 200
10.5 Συγκλίνων Αγωγός………………………………………………………………………………………………………….. 201
10.6 Συγκλίνων-Αποκλίνων Αγωγός…………………………………………………………………………………………. 204
10.7 Κρουστικά Κύµατα…………………………………………………………………………………………………………. 205
10.8 Ροή µέσα σε Πραγµατικά Ακροφύσια και Πραγµατικούς ∆ιαχύτες………………………………………….. 210
10.8.1 Θερµοδυναµικός Υπολογισµός Εισαγωγής Αεροπορικών Αεριοστρόβιλων …………………………. 210
10.8.2 Θερµοδυναµικός Υπολογισµός Προωθητικού Ακροφύσιου Αεροπορικών Αεριοστρόβιλων……. 212
11O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΘΕΡΜΟΧΗΜΕΙΑ ΚΑΙ ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ
ΤΩΝ ΧΗΜΙΚΩΝ ΑΝΤΙ∆ΡΑΣΕΩΝ………………………………………………….215
11.1 Χηµικές αντιδράσεις – Καύση …………………………………………………………………………………………… 215
11.2 Χηµεία Αντίδρασης…………………………………………………………………………………………………………. 217
11.3 Θερµοκρασία ∆ρόσου Προϊόντων Καύσης………………………………………………………………………….. 219
11.4 Θερµοχηµεία………………………………………………………………………………………………………………….. 220
11.4.1 Αδιαβατική Θερµοκρασία Φλόγας………………………………………………………………………………… 224
11.4.2 Λανθάνουσα Θερµότητα Ατµοποίησης Νερού………………………………………………………………… 229
11.4.3 Θερµογόνος ∆ύναµη Καυσίµου……………………………………………………………………………………. 229
11.5 Ο ∆εύτερος και Τρίτος Νόµος για Συστήµατα Χηµικών Αντιδράσεων …………………………………….. 231
11.6 Χηµική Ισορροπία…………………………………………………………………………………………………………… 232
12O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΕΞΕΡΓΕΙΑ…………………………………………………………………………………….239
12.1 Ορισµοί…………………………………………………………………………………………………………………………. 239
12.2 Επέκταση του ∆εύτερου Νόµου της Θερµοδυναµικής…………………………………………………………… 240
12.3 Είδη Εξέργειας……………………………………………………………………………………………………………….. 242
12.4 Μεταφορά Εξέργειας ………………………………………………………………………………………………………. 243
12.5 Ο ∆εύτερος Νόµος της Θερµοδυναµικής βάσει της Εξέργειας………………………………………………… 244
12.6 Εξέργεια σε Κλειστά και Ανοικτά Συστήµατα……………………………………………………………………… 244
12.7 ∆είκτες Ενεργειακής Συµπεριφοράς Συστήµατος Συµπαραγωγής……………………………………………. 246
13O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΦΑΣΕΙΣ ΚΑΘΑΡΩΝ ΟΥΣΙΩΝ……………………………………………………….249
13.1 Εισαγωγή………………………………………………………………………………………………………………………. 249
13.2 Χηµικό ∆υναµικό……………………………………………………………………………………………………………. 250
13.3 Ισορροπία Φάσεων………………………………………………………………………………………………………….. 252
13.4 Κανόνας των Φάσεων του Gibbs……………………………………………………………………………………….. 254
13.5 Παράγοντες που Επηρεάζουν τη σταθερότητα των Φάσεων …………………………………………………… 255
14O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ∆ΙΑΛΥΜΑΤΑ………………………………………………………………………………..259
14.1 Ιδανικά ∆ιαλύµατα …………………………………………………………………………………………………………. 259
xii ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ Απ. Λ. Πολυζάκης
14.2 Ελάχιστο Έργο ∆ιαχωρισµού ∆ιαλυµάτων ………………………………………………………………………….. 260
14.3 Αντιστρεπτές ∆ιεργασίες Ανάµιξης και ∆ιαχωρισµού …………………………………………………………… 262
14.4 Πραγµατικά ∆ιαλύµατα……………………………………………………………………………………………………. 264
14.5 Αθροιστικές Ιδιότητες……………………………………………………………………………………………………… 266
15O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ……………………………………………… 267
15.1 Εισαγωγή………………………………………………………………………………………………………………………. 267
15.2 Θερµοδυναµική και Στατιστική Μηχανική ………………………………………………………………………….. 268
15.3 Κινητική Θεωρία των Αερίων …………………………………………………………………………………………… 270
15.3.1 Ιδανικό Αέριο σε Μικροσκοπική Βάση………………………………………………………………………….. 271
15.3.2 Υπολογισµός της Πίεσης και της Θερµοκρασίας …………………………………………………………….. 271
15.3.3 Θεώρηµα Ισοκατανοµής της Ενέργειας …………………………………………………………………………. 275
15.3.4 Εσωτερική Ενέργεια και Ειδικές Θερµότητες…………………………………………………………………. 278
15.3.5 Στατιστική Ισορροπία…………………………………………………………………………………………………. 280
15.3.6 Κατανοµή των Μοριακών Ταχυτήτων …………………………………………………………………………… 281
15.3.7 Μέση Ελεύθερη ∆ιαδροµή ………………………………………………………………………………………….. 287
15.3.8 Κίνηση Brown…………………………………………………………………………………………………………… 288
15.4 Αξιώµατα Στατιστικής Θερµοδυναµικής…………………………………………………………………………….. 289
Β. ΛΥΜΕΝΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ……………………………………………………………………………………….. 290

1
O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΒΑΣΙΚΕΣ ΈΝΝΟΙΕΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗΣ………………………….. 291
1.1 Κλίµακες Θερµοκρασίας……………………………………………………………………………………………………. 291
Άσκηση 1.1.1 *…………………………………………………………………………………………………………………… 291
Άσκηση 1.1.2 **…………………………………………………………………………………………………………………. 291
1.2 Πίεση……………………………………………………………………………………………………………………………… 291
Άσκηση 1.2.1 *…………………………………………………………………………………………………………………… 291
Άσκηση 1.2.2 **…………………………………………………………………………………………………………………. 292
Άσκηση 1.2.3 *…………………………………………………………………………………………………………………… 293
Άσκηση 1.2.4 *…………………………………………………………………………………………………………………… 293
Άσκηση 1.2.5 **…………………………………………………………………………………………………………………. 293
1.3 Μέτρηση Πίεσης ∆εξαµενών και Αγωγών…………………………………………………………………………….. 294
Άσκηση 1.3.1 *…………………………………………………………………………………………………………………… 294
Άσκηση 1.3.2 **…………………………………………………………………………………………………………………. 294
Άσκηση 1.3.3 **…………………………………………………………………………………………………………………. 295
Άσκηση 1.3.4 *…………………………………………………………………………………………………………………… 295
Άσκηση 1.3.5 **…………………………………………………………………………………………………………………. 296
2
O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΕΡΓΑΖΟΜΕΝΟ ΜΕΣΟ………………………………………………………………….. 297
2.1 Θεωρητικές Ασκήσεις……………………………………………………………………………………………………….. 297
Άσκηση 2.1.1 *…………………………………………………………………………………………………………………… 297
Άσκηση 2.1.2 *…………………………………………………………………………………………………………………… 297
Άσκηση 2.1.3 *…………………………………………………………………………………………………………………… 297
Άσκηση 2.1.4 **…………………………………………………………………………………………………………………. 298
Άσκηση 2.1.5 **…………………………………………………………………………………………………………………. 299
Άσκηση 2.1.6 **…………………………………………………………………………………………………………………. 299
2.2 Μεταβολές – ∆ιεργασίες…………………………………………………………………………………………………….. 300
Άσκηση 2.2.1 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 300
Άσκηση 2.2.2 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 300
Άσκηση 2.2.3 **…………………………………………………………………………………………………………………. 301
Άσκηση 2.2.4 **…………………………………………………………………………………………………………………. 302
Άσκηση 2.2.5 **…………………………………………………………………………………………………………………. 303
2.3 Εξισώσεις Πραγµατικών Αερίων…………………………………………………………………………………………. 304
Άσκηση 2.3.1 *…………………………………………………………………………………………………………………… 304
Άσκηση 2.3.2 **…………………………………………………………………………………………………………………. 304
Άσκηση 2.3.3 **…………………………………………………………………………………………………………………. 305
ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ Απ. Λ. Πολυζάκης xiii
Άσκηση 2.3.4 **…………………………………………………………………………………………………………………. 306
3
O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΠΡΩΤΟΣ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ……………………………………….308
3.1 Μεταβολές -∆ιεργασίες……………………………………………………………………………………………………… 308
Άσκηση 3.1.1 **…………………………………………………………………………………………………………………. 308
Άσκηση 3.1.2 *…………………………………………………………………………………………………………………… 309
Άσκηση 3.1.3 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 309
Άσκηση 3.1.4 *…………………………………………………………………………………………………………………… 310
Άσκηση 3.1.5 *…………………………………………………………………………………………………………………… 311
Άσκηση 3.1.6 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 311
Άσκηση 3.1.7**………………………………………………………………………………………………………………….. 312
Άσκηση 3.1.8 **…………………………………………………………………………………………………………………. 313
Άσκηση 3.1.9 *…………………………………………………………………………………………………………………… 313
3.2 Κλειστά Συστήµατα: Πρώτος Θερµοδυναµικός Νόµος……………………………………………………………. 313
3.2.1 Θεωρητικές………………………………………………………………………………………………………………… 313
Άσκηση 3.2.1.1 *……………………………………………………………………………………………………………… 313
Άσκηση 3.2.1.2 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 314
Άσκηση 3.2.1.3 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 315
Άσκηση 3.2.1.4 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 316
3.2.2 Πειραµατικές ∆ιατάξεις………………………………………………………………………………………………… 318
Άσκηση 3.2.2.1 *……………………………………………………………………………………………………………… 318
Άσκηση 3.2.2.2 *……………………………………………………………………………………………………………… 318
3.2.3 Κύλινδρος – Έµβολο…………………………………………………………………………………………………….. 319
Άσκηση 3.2.3.1 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 319
Άσκηση 3.2.3.2 *……………………………………………………………………………………………………………… 320
Άσκηση 3.2.3.3 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 321
Άσκηση 3.2.3.4 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 322
Άσκηση 3.2.3.5 *……………………………………………………………………………………………………………… 323
Άσκηση 3.2.3.6 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 323
Άσκηση 3.2.3.7 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 325
Άσκηση 3.2.3.8 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 326
Άσκηση 3.2.3.9 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 327
Άσκηση 3.2.3.10 ** ………………………………………………………………………………………………………….. 328
Άσκηση 3.2.3.11 ** ………………………………………………………………………………………………………….. 328
3.2.4 Ελαστικό Αυτοκινήτου…………………………………………………………………………………………………. 329
Άσκηση 3.2.4.1 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 329
3.2.5 Θέρµανση – Αερισµός Χώρου ……………………………………………………………………………………….. 330
Άσκηση 3.2.5.1 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 330
Άσκηση 3.2.5.2 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 331
Άσκηση 3.2.5.3 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 332
Άσκηση 3.2.5.4 *……………………………………………………………………………………………………………… 332
3.2.6 Εµβάπτιση………………………………………………………………………………………………………………….. 333
Άσκηση 3.2.6.1 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 333
Άσκηση 3.2.6.2 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 334
Άσκηση 3.2.6.3 *……………………………………………………………………………………………………………… 334
3.2.7 Ανάµιξη …………………………………………………………………………………………………………………….. 334
Άσκηση 3.2.7.1 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 334
Άσκηση 3.2.7.2 *……………………………………………………………………………………………………………… 335
Άσκηση 3.2.7.3 *……………………………………………………………………………………………………………… 337
3.3 Νόµος Συνέχειας………………………………………………………………………………………………………………. 337
Άσκηση 3.3.1 *…………………………………………………………………………………………………………………… 337
Άσκηση 3.3.2 *…………………………………………………………………………………………………………………… 337
3.4 Ειδικές Θερµότητες…………………………………………………………………………………………………………… 338
Άσκηση 3.4.1 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 338
Άσκηση 3.4.2 *…………………………………………………………………………………………………………………… 339
3.5 Ανοικτά Συστήµατα: Πρώτος Θερµοδυναµικός Νόµος……………………………………………………………. 339
3.5.1 Μόνιµη ροή………………………………………………………………………………………………………………… 339
xiv ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ Απ. Λ. Πολυζάκης
Άσκηση 3.5.1.1 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 339
Άσκηση 3.5.1.2 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 340
Άσκηση 3.5.1.3 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 341
Άσκηση 3.5.1.4 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 342
Άσκηση 3.5.1.5 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 343
3.5.2 Στρόβιλος…………………………………………………………………………………………………………………… 344
Άσκηση 3.5.2.1 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 344
Άσκηση 3.5.2.2 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 345
3.5.3 Ατµοστρόβιλος …………………………………………………………………………………………………………… 345
Άσκηση 3.5.3.1 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 345
Άσκηση 3.5.3.2 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 346
3.5.4 Συµπιεστής…………………………………………………………………………………………………………………. 347
Άσκηση 3.5.4.1 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 347
Άσκηση 3.5.4.2 *……………………………………………………………………………………………………………… 348
Άσκηση 3.5.4.3 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 348
Άσκηση 3.5.4.4 *……………………………………………………………………………………………………………… 349
3.5.5 Ανεµογεννήτρια – Ανεµιστήρας……………………………………………………………………………………… 350
Άσκηση 3.5.5.1 *……………………………………………………………………………………………………………… 350
Άσκηση 3.5.5.2 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 351
Άσκηση 3.5.5.3 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 352
Άσκηση 3.5.5.4 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 353
Άσκηση 3.5.5.5 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 354
Άσκηση 3.5.5.6 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 355
Άσκηση 3.5.5.7 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 356
3.5.6 Ακροφύσιο…………………………………………………………………………………………………………………. 357
Άσκηση 3.5.6.1 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 357
Άσκηση 3.5.6.2 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 358
Άσκηση 3.5.6.3 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 359
3.5.7 ∆ιαχύτης……………………………………………………………………………………………………………………. 360
Άσκηση 3.5.7.1 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 360
Άσκηση 3.5.7.2 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 361
3.5.8 Στραγγαλιστική Βαλβίδα………………………………………………………………………………………………. 362
Άσκηση 3.5.8.1 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 362
Άσκηση 3.5.8.2 *……………………………………………………………………………………………………………… 362
3.5.9 Ανάµιξη…………………………………………………………………………………………………………………….. 363
Άσκηση 3.5.9.1 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 363
Άσκηση 3.5.9.2 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 363
Άσκηση 3.5.9.3 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 364
Άσκηση 3.5.9.4 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 365
Άσκηση 3.5.9.5 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 366
Άσκηση 3.5.9.6 *……………………………………………………………………………………………………………… 368
Άσκηση 3.5.9.7 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 368
3.5.10 Εναλλάκτης……………………………………………………………………………………………………………… 369
Άσκηση 3.5.10.1 ** ………………………………………………………………………………………………………….. 369
Άσκηση 3.5.10.2 *** ………………………………………………………………………………………………………… 370
Άσκηση 3.5.10.3 *** ………………………………………………………………………………………………………… 370
Άσκηση 3.5.10.4 *** ………………………………………………………………………………………………………… 372
3.5.11 Συµπυκνωτής……………………………………………………………………………………………………………. 373
Άσκηση 3.5.11.1 *** ………………………………………………………………………………………………………… 373
3.5.12 Μεταβατική Ροή ……………………………………………………………………………………………………….. 374
Άσκηση 3.5.12.1 *** ………………………………………………………………………………………………………… 374
Άσκηση 3.5.12.2 *** ………………………………………………………………………………………………………… 375
Άσκηση 3.5.12.3 *** ………………………………………………………………………………………………………… 376
Άσκηση 3.5.12.4 *……………………………………………………………………………………………………………. 377
Άσκηση 3.5.12.5 *** ………………………………………………………………………………………………………… 378
Άσκηση 3.5.12.6 *** ………………………………………………………………………………………………………… 379
Άσκηση 3.5.12.7 ** ………………………………………………………………………………………………………….. 380
ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ Απ. Λ. Πολυζάκης xv
4
O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ∆ΕΥΤΕΡΟΣ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ …………………………………..382
4.1 Βαθµός Απόδοσης Θερµικών Μηχανών ……………………………………………………………………………….. 382
Άσκηση 4.1.1 **…………………………………………………………………………………………………………………. 382
Άσκηση 4.1.2 *…………………………………………………………………………………………………………………… 383
Άσκηση 4.1.3 *…………………………………………………………………………………………………………………… 383
Άσκηση 4.1.4 *…………………………………………………………………………………………………………………… 383
Άσκηση 4.1.5 *…………………………………………………………………………………………………………………… 384
4.2 Βαθµός Απόδοσης Ψυκτικών Μηχανών ……………………………………………………………………………….. 385
4.2.1 Ψυγείο – Καταψύκτης…………………………………………………………………………………………………… 385
Άσκηση 4.2.1.1 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 385
Άσκηση 4.2.1.2 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 385
Άσκηση 4.2.1.3 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 386
Άσκηση 4.2.1.4 *……………………………………………………………………………………………………………… 387
Άσκηση 4.2.1.5 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 387
Άσκηση 4.2.1.6 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 388
Άσκηση 4.2.1.7 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 389
Άσκηση 4.2.1.8 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 389
4.2.2 Κλιµατιστικό………………………………………………………………………………………………………………. 391
Άσκηση 4.2.2.1 *……………………………………………………………………………………………………………… 391
Άσκηση 4.2.2.2 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 391
Άσκηση 4.2.2.3 *……………………………………………………………………………………………………………… 391
Άσκηση 4.2.2.4 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 392
Άσκηση 4.2.2.5 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 392
Άσκηση 4.2.2.6 *……………………………………………………………………………………………………………… 393
4.2.3 Αντλία θερµότητας………………………………………………………………………………………………………. 393
Άσκηση 4.2.3.1 *……………………………………………………………………………………………………………… 393
Άσκηση 4.2.3.2 *……………………………………………………………………………………………………………… 394
Άσκηση 4.2.3.3 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 394
Άσκηση 4.2.3.4 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 394
5
O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΤΡΙΤΟΣ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ…………………………………………396
5.1 Θεωρητικές Εντροπίας………………………………………………………………………………………………………. 396
Άσκηση 5.1.1 *…………………………………………………………………………………………………………………… 396
Άσκηση 5.1.2 *…………………………………………………………………………………………………………………… 396
Άσκηση 5.1.3 *…………………………………………………………………………………………………………………… 396
Άσκηση 5.1.4 *…………………………………………………………………………………………………………………… 396
Άσκηση 5.1.5 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 397
Άσκηση 5.1.6 **…………………………………………………………………………………………………………………. 397
Άσκηση 5.1.7 **…………………………………………………………………………………………………………………. 398
Άσκηση 5.1.8 **…………………………………………………………………………………………………………………. 398
Άσκηση 5.1.9 *…………………………………………………………………………………………………………………… 399
Άσκηση 5.1.10 **……………………………………………………………………………………………………………….. 399
Άσκηση 5.1.11 **……………………………………………………………………………………………………………….. 400
Άσκηση 5.1.12 *** ……………………………………………………………………………………………………………… 400
Άσκηση 5.1.13 *** ……………………………………………………………………………………………………………… 401
5.2 Μεταβολή Εντροπίας………………………………………………………………………………………………………… 403
Άσκηση 5.2.1 **…………………………………………………………………………………………………………………. 403
Άσκηση 5.2.2 *…………………………………………………………………………………………………………………… 404
Άσκηση 5.2.3 **…………………………………………………………………………………………………………………. 405
Άσκηση 5.2.4 *…………………………………………………………………………………………………………………… 405
Άσκηση 5.2.5 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 406
Άσκηση 5.2.6 **…………………………………………………………………………………………………………………. 407
Άσκηση 5.2.7 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 408
Άσκηση 5.2.8 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 409
Άσκηση 5.2.9 **…………………………………………………………………………………………………………………. 410
Άσκηση 5.2.10 **……………………………………………………………………………………………………………….. 410
Άσκηση 5.2.11 *** ……………………………………………………………………………………………………………… 411
xvi ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ Απ. Λ. Πολυζάκης
Άσκηση 5.2.12 ***……………………………………………………………………………………………………………… 411
Άσκηση 5.2.13 **……………………………………………………………………………………………………………….. 412
Άσκηση 5.2.14 *…………………………………………………………………………………………………………………. 412
Άσκηση 5.2.15 **……………………………………………………………………………………………………………….. 413
Άσκηση 5.2.16 ***……………………………………………………………………………………………………………… 414
5.3 Παραγωγή και Κατανάλωση Έργου …………………………………………………………………………………….. 415
Άσκηση 5.3.1 *…………………………………………………………………………………………………………………… 415
Άσκηση 5.3.2 *…………………………………………………………………………………………………………………… 415
Άσκηση 5.3.3 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 413
Άσκηση 5.3.4 **…………………………………………………………………………………………………………………. 417
Άσκηση 5.3.5 **…………………………………………………………………………………………………………………. 418
Άσκηση 5.3.6 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 418
5.4 Παραγωγή Εντροπίας………………………………………………………………………………………………………… 420
Άσκηση 5.4.1 **…………………………………………………………………………………………………………………. 420
Άσκηση 5.4.2 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 421
Άσκηση 5.4.3 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 421
Άσκηση 5.4.4 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 422
Άσκηση 5.4.5 **…………………………………………………………………………………………………………………. 424
Άσκηση 5.4.6 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 425
Άσκηση 5.4.7 *…………………………………………………………………………………………………………………… 426
Άσκηση 5.4.8 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 427
Άσκηση 5.4.9 **…………………………………………………………………………………………………………………. 428
Άσκηση 5.4.10 **……………………………………………………………………………………………………………….. 429
Άσκηση 5.4.11 **……………………………………………………………………………………………………………….. 431
Άσκηση 5.4.12 ***……………………………………………………………………………………………………………… 432
Άσκηση 5.4.13 **** ……………………………………………………………………………………………………………. 434
Άσκηση 5.4.14 *…………………………………………………………………………………………………………………. 435
Άσκηση 5.4.15 **……………………………………………………………………………………………………………….. 435
Άσκηση 5.4.16 ***……………………………………………………………………………………………………………… 436
Άσκηση 5.4.17 ***……………………………………………………………………………………………………………… 437
Άσκηση 5.4.18 **……………………………………………………………………………………………………………….. 440
Άσκηση 5.4.19 **……………………………………………………………………………………………………………….. 440
Άσκηση 5.4.20 *…………………………………………………………………………………………………………………. 441
5.5 Εξισώσεις της Θερµοδυναµικής………………………………………………………………………………………….. 441
5.5.1 Ιδανικό Αέριο……………………………………………………………………………………………………………… 441
Άσκηση 5.5.1.1 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 441
Άσκηση 5.5.1.2 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 442
Άσκηση 5.5.1.3 *……………………………………………………………………………………………………………… 443
Άσκηση 5.5.1.4 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 443
Άσκηση 5.5.1.5 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 446
Άσκηση 5.5.1.6 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 446
5.5.2 Καταστατικές Εξισώσεις………………………………………………………………………………………………. 447
Άσκηση 5.5.2.1 *……………………………………………………………………………………………………………… 447
Άσκηση 5.5.2.2 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 448
Άσκηση 5.5.2.3 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 449
Άσκηση 5.5.2.4 *……………………………………………………………………………………………………………… 450
Άσκηση 5.5.2.5 *……………………………………………………………………………………………………………… 450
Άσκηση 5.5.2.6 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 450
5.5.3 Συντελεστής Θερµικής ∆ιαστολής και Ισόθερµης Συµπιεστότητας………………………………………. 451
Άσκηση 5.5.3.1 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 451
Άσκηση 5.5.3.2 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 452
Άσκηση 5.5.3.3 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 452
5.5.4 Μεταβολές…………………………………………………………………………………………………………………. 453
Άσκηση 5.5.4.1 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 453
Άσκηση 5.5.4.2 *……………………………………………………………………………………………………………… 454
Άσκηση 5.5.4.3 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 455
Άσκηση 5.5.4.4 *……………………………………………………………………………………………………………… 455
ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ Απ. Λ. Πολυζάκης xvii
5.5.5 Θερµοδυναµικά ∆υναµικά…………………………………………………………………………………………….. 456
Άσκηση 5.5.5.1 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 456
Άσκηση 5.5.5.2 *……………………………………………………………………………………………………………… 456
Άσκηση 5.5.5.3 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 457
Άσκηση 5.5.5.4 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 457
Άσκηση 5.5.5.5 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 457
Άσκηση 5.5.5.6 *……………………………………………………………………………………………………………… 458
Άσκηση 5.5.5.7 *……………………………………………………………………………………………………………… 458
Άσκηση 5.5.5.8 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 459
Άσκηση 5.5.5.9 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 459
Άσκηση 5.5.5.10 ** ………………………………………………………………………………………………………….. 460
Άσκηση 5.5.5.11 ** ………………………………………………………………………………………………………….. 460
Άσκηση 5.5.5.12 *** ………………………………………………………………………………………………………… 460
Άσκηση 5.5.5.13 * ……………………………………………………………………………………………………………. 463
Άσκηση 5.5.5.14 * ……………………………………………………………………………………………………………. 463
5.5.6 Συντελεστής Joule-Thompson ……………………………………………………………………………………….. 464
Άσκηση 5.5.6.1 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 464
5.5.7 Παράγοντας Συµπιεστότητας…………………………………………………………………………………………. 465
Άσκηση 5.5.7.1 *……………………………………………………………………………………………………………… 465
5.5.8 Σχέση του Clapeyron……………………………………………………………………………………………………. 466
Άσκηση 5.5.8.1 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 466
Άσκηση 5.5.8.2 *……………………………………………………………………………………………………………… 466
6
O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: Ι∆ΑΝΙΚΟΙ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΟΙ ΚΥΚΛΟΙ
ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΜΕ ΑΕΡΑ…………………………………………………..467
6.1 Κυκλικές Μεταβολές ………………………………………………………………………………………………………… 467
Άσκηση 6.1.1 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 467
Άσκηση 6.1.2 **…………………………………………………………………………………………………………………. 468
Άσκηση 6.1.3 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 469
Άσκηση 6.1.4 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 470
Άσκηση 6.1.5 **…………………………………………………………………………………………………………………. 472
Άσκηση 6.1.6 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 473
Άσκηση 6.1.7 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 474
Άσκηση 6.1.8 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 475
6.2 Θερµοδυναµικός Κύκλος Carnot…………………………………………………………………………………………. 477
Άσκηση 6.2.1 **…………………………………………………………………………………………………………………. 477
Άσκηση 6.2.2 **…………………………………………………………………………………………………………………. 478
Άσκηση 6.2.3 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 479
Άσκηση 6.2.4 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 480
Άσκηση 6.2.5 **…………………………………………………………………………………………………………………. 482
Άσκηση 6.2.6 **…………………………………………………………………………………………………………………. 483
6.3 Θερµοδυναµικός Κύκλος Otto…………………………………………………………………………………………….. 484
Άσκηση 6.3.1 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 484
Άσκηση 6.3.2 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 485
Άσκηση 6.3.3 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 487
Άσκηση 6.3.4 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 488
Άσκηση 6.3.5 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 489
Άσκηση 6.3.6 **…………………………………………………………………………………………………………………. 491
6.4 Θερµοδυναµικός Κύκλος Diesel………………………………………………………………………………………….. 492
Άσκηση 6.4.1 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 492
Άσκηση 6.4.2 **…………………………………………………………………………………………………………………. 493
Άσκηση 6.4.3 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 494
Άσκηση 6.4.4 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 495
Άσκηση 6.4.5 **…………………………………………………………………………………………………………………. 497
6.5 Θερµοδυναµικός Κύκλος Brayton ……………………………………………………………………………………….. 498
6.5.1 Βιοµηχανικοί Αεριοστρόβιλοι ……………………………………………………………………………………….. 498
Άσκηση 6.5.1.1 *……………………………………………………………………………………………………………… 498
xviii ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ Απ. Λ. Πολυζάκης
Άσκηση 6.5.1.2 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 499
Άσκηση 6.5.1.3 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 501
Άσκηση 6.5.1.4 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 502
Άσκηση 6.5.1.5 ** ……………………………………………………………………………………………………………. 504
6.5.2 Αεροπορικοί Αεριοστρόβιλοι ………………………………………………………………………………………… 505
Άσκηση 6.5.2.1 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 505
Άσκηση 6.5.2.2 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 507
Άσκηση 6.5.2.3 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 510
Άσκηση 6.5.2.4 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 512
Άσκηση 6.5.2.5 *** ………………………………………………………………………………………………………….. 514
6.6 Θερµοδυναµικός Κύκλος Stirling………………………………………………………………………………………… 515
Άσκηση 6.6.1 **…………………………………………………………………………………………………………………. 515
6.7 Θερµοδυναµικός Κύκλος Ericsson ………………………………………………………………………………………. 517
Άσκηση 6.7.1 **…………………………………………………………………………………………………………………. 517
7
O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: Ι∆ΑΝΙΚΟΙ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΟΙ ΚΥΚΛΟΙ
ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΜΕ ΑΤΜΟ………………………………………………… 518
7.1 Ατµός …………………………………………………………………………………………………………………………….. 518
Άσκηση 7.1.1 *…………………………………………………………………………………………………………………… 518
Άσκηση 7.1.2 **…………………………………………………………………………………………………………………. 518
Άσκηση 7.1.3 **…………………………………………………………………………………………………………………. 519
Άσκηση 7.1.4 *…………………………………………………………………………………………………………………… 521
Άσκηση 7.1.5 **…………………………………………………………………………………………………………………. 521
Άσκηση 7.1.6 *…………………………………………………………………………………………………………………… 522
Άσκηση 7.1.7 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 523
Άσκηση 7.1.8 *…………………………………………………………………………………………………………………… 524
Άσκηση 7.1.9 **…………………………………………………………………………………………………………………. 525
Άσκηση 7.1.10 ***……………………………………………………………………………………………………………… 526
Άσκηση 7.1.11 *…………………………………………………………………………………………………………………. 526
Άσκηση 7.1.12 ***……………………………………………………………………………………………………………… 528
Άσκηση 7.1.13 ***……………………………………………………………………………………………………………… 529
Άσκηση 7.1.14 **……………………………………………………………………………………………………………….. 530
Άσκηση 7.1.15 ***……………………………………………………………………………………………………………… 531
Άσκηση 7.1.16 **……………………………………………………………………………………………………………….. 532
Άσκηση 7.1.17 **……………………………………………………………………………………………………………….. 533
7.2 Κύκλος Rankine……………………………………………………………………………………………………………….. 534
Άσκηση 7.2.1 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 534
Άσκηση 7.2.2 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 535
Άσκηση 7.2.3 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 537
Άσκηση 7.2.4 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 539
Άσκηση 7.2.5 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 542
Άσκηση 7.2.6 **…………………………………………………………………………………………………………………. 543
Άσκηση 7.2.7 *…………………………………………………………………………………………………………………… 545
Άσκηση 7.2.8 **…………………………………………………………………………………………………………………. 546
Άσκηση 7.2.9 *…………………………………………………………………………………………………………………… 547
Άσκηση 7.2.10 ***……………………………………………………………………………………………………………… 549
Άσκηση 7.2.11 **……………………………………………………………………………………………………………….. 550
Άσκηση 7.2.12 ***……………………………………………………………………………………………………………… 552
Άσκηση 7.2.13 **……………………………………………………………………………………………………………….. 554
Άσκηση 7.2.14 ***……………………………………………………………………………………………………………… 556
Άσκηση 7.2.15 ***……………………………………………………………………………………………………………… 558
Άσκηση 7.2.16 **……………………………………………………………………………………………………………….. 561
Άσκηση 7.2.17 ***……………………………………………………………………………………………………………… 561
Άσκηση 7.2.18 ***……………………………………………………………………………………………………………… 563
Άσκηση 7.2.19 *…………………………………………………………………………………………………………………. 564
Άσκηση 7.2.20 ***……………………………………………………………………………………………………………… 565
Άσκηση 7.2.21 ***……………………………………………………………………………………………………………… 567
ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ Απ. Λ. Πολυζάκης xix
7.3 Συνδυασµένος Κύκλος………………………………………………………………………………………………………. 570
Άσκηση 7.3.1 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 570
Άσκηση 7.3.2 **…………………………………………………………………………………………………………………. 573
7.4 Συµπαραγωγή ………………………………………………………………………………………………………………….. 577
Άσκηση 7.4.1 **…………………………………………………………………………………………………………………. 577
Άσκηση 7.4.2 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 579
8
O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΟΙ ΚΥΚΛΟΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ
ΨΥΞΗΣ -ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ …………………………………………………………………..581
Άσκηση 8.1 **………………………………………………………………………………………………………………………. 581
Άσκηση 8.2 * ……………………………………………………………………………………………………………………….. 582
Άσκηση 8.3 ***…………………………………………………………………………………………………………………….. 583
Άσκηση 8.4 ***…………………………………………………………………………………………………………………….. 585
Άσκηση 8.5 * ……………………………………………………………………………………………………………………….. 586
Άσκηση 8.6 ***…………………………………………………………………………………………………………………….. 587
Άσκηση 8.7 **………………………………………………………………………………………………………………………. 589
Άσκηση 8.8 ***…………………………………………………………………………………………………………………….. 590
Άσκηση 8.9 **………………………………………………………………………………………………………………………. 592
Άσκηση 8.10 *………………………………………………………………………………………………………………………. 593
9
Ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΜΙΓΜΑΤΑ ΑΕΡΙΩΝ ΚΑΙ ΑΕΡΙΩΝ-ΑΤΜΩΝ ……………………………………594
9.1 Σύσταση µίγµατος…………………………………………………………………………………………………………….. 594
Άσκηση 9.1.1 *…………………………………………………………………………………………………………………… 594
Άσκηση 9.1.2 *…………………………………………………………………………………………………………………… 594
Άσκηση 9.1.3 *…………………………………………………………………………………………………………………… 595
9.2 Ιδιότητες µιγµάτων …………………………………………………………………………………………………………… 596
Άσκηση 9.2.1 *…………………………………………………………………………………………………………………… 596
Άσκηση 9.2.2 *…………………………………………………………………………………………………………………… 596
Άσκηση 9.2.3 *…………………………………………………………………………………………………………………… 597
Άσκηση 9.2.4 **…………………………………………………………………………………………………………………. 598
Άσκηση 9.2.5 *…………………………………………………………………………………………………………………… 599
9.3 Μίγµατα και εντροπία……………………………………………………………………………………………………….. 600
Άσκηση 9.3.1 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 600
Άσκηση 9.3.2 **…………………………………………………………………………………………………………………. 601
Άσκηση 9.3.3 **…………………………………………………………………………………………………………………. 602
9.4 Υγρασία, Θερµοκρασία ∆ρόσου και Υγρού Βολβού……………………………………………………………….. 604
Άσκηση 9.4.1 **…………………………………………………………………………………………………………………. 604
Άσκηση 9.4.2 **…………………………………………………………………………………………………………………. 605
Άσκηση 9.4.3 *…………………………………………………………………………………………………………………… 605
Άσκηση 9.4.4 *…………………………………………………………………………………………………………………… 606
Άσκηση 9.4.5 **…………………………………………………………………………………………………………………. 607
Άσκηση 9.4.6 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 607
Άσκηση 9.4.7 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 608
9.5 Ψυχροµετρικός Χάρτης……………………………………………………………………………………………………… 609
Άσκηση 9.5.1 *…………………………………………………………………………………………………………………… 609
9.6 ∆ιεργασίες Κλιµατισµού ……………………………………………………………………………………………………. 609
Άσκηση 9.6.1 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 609
Άσκηση 9.6.2 **…………………………………………………………………………………………………………………. 611
Άσκηση 9.6.3 *…………………………………………………………………………………………………………………… 612
Άσκηση 9.6.4 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 613
Άσκηση 9.6.5 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 614
Άσκηση 9.6.6 **…………………………………………………………………………………………………………………. 615
Άσκηση 9.6.7 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 617
Άσκηση 9.6.8 ***……………………………………………………………………………………………………………….. 618
10O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ ΥΨΗΛΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ ……………………………..620
10.1 Ολικά Μεγέθη -Ταχύτητα Ήχου………………………………………………………………………………………… 620
xx ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ Απ. Λ. Πολυζάκης
Άσκηση 10.1.1 *…………………………………………………………………………………………………………………. 620
Άσκηση 10.1.2 *…………………………………………………………………………………………………………………. 620
Άσκηση 10.1.3 **……………………………………………………………………………………………………………….. 621
Άσκηση 10.1.4 *…………………………………………………………………………………………………………………. 621
Άσκηση 10.1.5 *…………………………………………………………………………………………………………………. 622
Άσκηση 10.1.6 **……………………………………………………………………………………………………………….. 622
Άσκηση 10.1.7 *…………………………………………………………………………………………………………………. 623
Άσκηση 10.1.8 ***……………………………………………………………………………………………………………… 624
10.2 Ακροφύσια – ∆ιαχύτες……………………………………………………………………………………………………… 625
Άσκηση 10.2.1 *…………………………………………………………………………………………………………………. 625
Άσκηση 10.2.2 **……………………………………………………………………………………………………………….. 626
Άσκηση 10.2.3 ***……………………………………………………………………………………………………………… 627
Άσκηση 10.2.4 **……………………………………………………………………………………………………………….. 628
Άσκηση 10.2.5 ***……………………………………………………………………………………………………………… 630
Άσκηση 10.2.6 ***……………………………………………………………………………………………………………… 631
10.3 Συµπιεστές – Στρόβιλοι ……………………………………………………………………………………………………. 634
Άσκηση 10.3.1 *…………………………………………………………………………………………………………………. 634
Άσκηση 10.3.2 **……………………………………………………………………………………………………………….. 634
11O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΧΗΜΙΚΕΣ ΑΝΤΙ∆ΡΑΣΕΙΣ …………………………………………………………… 636
11.1 Χηµεία Αντίδρασης ………………………………………………………………………………………………………… 636
Άσκηση 11.1.1 ***……………………………………………………………………………………………………………… 636
Άσκηση 11.1.2 ***……………………………………………………………………………………………………………… 637
Άσκηση 11.1.3 ***……………………………………………………………………………………………………………… 638
Άσκηση 11.1.4 ***……………………………………………………………………………………………………………… 640
Άσκηση 11.1.5 **……………………………………………………………………………………………………………….. 641
Άσκηση 11.1.6 **……………………………………………………………………………………………………………….. 642
Άσκηση 11.1.7 **……………………………………………………………………………………………………………….. 643
Άσκηση 11.1.8 *…………………………………………………………………………………………………………………. 644
Άσκηση 11.1.9 ***……………………………………………………………………………………………………………… 645
Άσκηση 11.1.10 *……………………………………………………………………………………………………………….. 646
Άσκηση 11.1.11 *** ……………………………………………………………………………………………………………. 646
Άσκηση 11.1.12 *** ……………………………………………………………………………………………………………. 647
11.2 Θερµοχηµεία………………………………………………………………………………………………………………….. 649
Άσκηση 11.2.1 *…………………………………………………………………………………………………………………. 649
Άσκηση 11.2.2 **……………………………………………………………………………………………………………….. 649
Άσκηση 11.2.3 ***……………………………………………………………………………………………………………… 650
Άσκηση 11.2.4 **……………………………………………………………………………………………………………….. 652
Άσκηση 11.2.5 **……………………………………………………………………………………………………………….. 652
Άσκηση 11.2.6 **……………………………………………………………………………………………………………….. 654
Άσκηση 11.2.7 ***……………………………………………………………………………………………………………… 657
11.3 Χηµική Ισορροπία…………………………………………………………………………………………………………… 658
Άσκηση 11.3.1 ***……………………………………………………………………………………………………………… 658
Άσκηση 11.3.2 ***……………………………………………………………………………………………………………… 661
Άσκηση 11.3.3 ***……………………………………………………………………………………………………………… 664
Άσκηση 11.3.4 ***……………………………………………………………………………………………………………… 667
Άσκηση 11.3.5 **……………………………………………………………………………………………………………….. 668
Άσκηση 11.3.6 *…………………………………………………………………………………………………………………. 669
Άσκηση 11.3.7 **……………………………………………………………………………………………………………….. 671
12O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΕΞΕΡΓΕΙΑ …………………………………………………………………………………… 674
12.1 Εφαρµογές Ορισµών……………………………………………………………………………………………………….. 674
Άσκηση 12.1.1 *…………………………………………………………………………………………………………………. 674
Άσκηση 12.1.2 *…………………………………………………………………………………………………………………. 674
Άσκηση 12.1.3 *…………………………………………………………………………………………………………………. 674
Άσκηση 12.1.4 **……………………………………………………………………………………………………………….. 675
Άσκηση 12.1.5 *…………………………………………………………………………………………………………………. 675
ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ Απ. Λ. Πολυζάκης xxi
Άσκηση 12.1.6 **……………………………………………………………………………………………………………….. 676
12.2 Κλειστά Συστήµατα ………………………………………………………………………………………………………… 676
Άσκηση 12.2.1 *** ……………………………………………………………………………………………………………… 676
Άσκηση 12.2.2 **……………………………………………………………………………………………………………….. 677
Άσκηση 12.2.3 *** ……………………………………………………………………………………………………………… 678
Άσκηση 12.2.4 *** ……………………………………………………………………………………………………………… 680
Άσκηση 12.2.5 *** ……………………………………………………………………………………………………………… 681
Άσκηση 12.2.6 **……………………………………………………………………………………………………………….. 682
Άσκηση 12.2.7 *…………………………………………………………………………………………………………………. 683
12.3 Ανοικτά Συστήµατα ………………………………………………………………………………………………………… 684
Άσκηση 12.3.1 **……………………………………………………………………………………………………………….. 684
Άσκηση 12.3.2 *** ……………………………………………………………………………………………………………… 685
Άσκηση 12.3.3 *** ……………………………………………………………………………………………………………… 687
Άσκηση 12.3.4 *** ……………………………………………………………………………………………………………… 688
Άσκηση 12.3.5 *** ……………………………………………………………………………………………………………… 689
Άσκηση 12.3.6 *…………………………………………………………………………………………………………………. 690
Άσκηση 12.3.7 *** ……………………………………………………………………………………………………………… 691
Άσκηση 12.3.8 *** ……………………………………………………………………………………………………………… 693
13O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΦΑΣΕΙΣ ΚΑΘΑΡΩΝ ΟΥΣΙΩΝ……………………………………………………….696
13.1 Ισορροπία Φάσεων………………………………………………………………………………………………………….. 696
Άσκηση 13.1.1 **……………………………………………………………………………………………………………….. 696
Άσκηση 13.1.2 **……………………………………………………………………………………………………………….. 696
Άσκηση 12.1.3 *…………………………………………………………………………………………………………………. 697
Άσκηση 13.1.4 *…………………………………………………………………………………………………………………. 697
14O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ∆ΙΑΛΥΜΑΤΑ………………………………………………………………………………..698
14.1 Ανάµιξη………………………………………………………………………………………………………………………… 698
Άσκηση 14.1.1 *…………………………………………………………………………………………………………………. 698
Άσκηση 14.1.2 *** ……………………………………………………………………………………………………………… 698
Άσκηση 14.1.3 *…………………………………………………………………………………………………………………. 699
Άσκηση 14.1.4 *…………………………………………………………………………………………………………………. 699
14.2 ∆ιαχωρισµός………………………………………………………………………………………………………………….. 699
Άσκηση 14.2.1 *…………………………………………………………………………………………………………………. 699
Άσκηση 14.2.2 **……………………………………………………………………………………………………………….. 699
14.3 Αφαλάτωση …………………………………………………………………………………………………………………… 700
Άσκηση 14.3.1 *…………………………………………………………………………………………………………………. 700
Άσκηση 14.3.2 *** ……………………………………………………………………………………………………………… 700
Άσκηση 14.3.3 *** ……………………………………………………………………………………………………………… 701
Άσκηση 14.3.4 *** ……………………………………………………………………………………………………………… 702
15O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ………………………………………………704
15.1 Πιθανή, Μέση και Ενεργός Ταχύτητα ……………………………………………………………………………….. 704
Άσκηση 15.1.1 **……………………………………………………………………………………………………………….. 704
Άσκηση 15.1.2 *…………………………………………………………………………………………………………………. 704
Άσκηση 15.1.3 **……………………………………………………………………………………………………………….. 705
15.2 Εσωτερική Ενέργεια ……………………………………………………………………………………………………….. 706
Άσκηση 15.2.1 *…………………………………………………………………………………………………………………. 706
Άσκηση 15.2.2 *…………………………………………………………………………………………………………………. 706
Άσκηση 15.2.3 **……………………………………………………………………………………………………………….. 707
Άσκηση 15.2.4 *…………………………………………………………………………………………………………………. 708
15.3 Μέση Ελεύθερη ∆ιαδροµή……………………………………………………………………………………………….. 708
Άσκηση 15.3.1 **……………………………………………………………………………………………………………….. 708
15.4 Ειδική Θερµότητα…………………………………………………………………………………………………………… 709
Άσκηση 15.4.1 **……………………………………………………………………………………………………………….. 709
Άσκηση 15.4.2 **……………………………………………………………………………………………………………….. 710
15.5 Κατανοµή Maxwell – Boltzmann……………………………………………………………………………………….. 711
xxii ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗ Απ. Λ. Πολυζάκης
Άσκηση 15.5.1 ***……………………………………………………………………………………………………………… 711
ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ…………………………………………………………………………………………………….. 713
Α. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ: Πίνακες Νερού/Ατµού…………………………………………………………………………………. 715
Β. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ: Ιδιότητες αερίων…………………………………………………………………………………………. 723
Γ. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ: Γενικευµένο ∆ιάγραµµα Συµπιεστότητας Nelson-Obert…………………………………….. 724
∆. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ: Συνοπτικοί Πίνακες Μεταβολών……………………………………………………………………. 725
∆.1 Ισόθερµη Μεταβολή – ∆ιεργασία……………………………………………………………………………………… 725
∆.2 Ισοβαρής Μεταβολή – ∆ιεργασία……………………………………………………………………………………… 725
∆.3 Ισόχωρη Μεταβολή – ∆ιεργασία ………………………………………………………………………………………. 726
∆.4 Ισεντροπική (= Αδιαβατική Αντιστρεπτή) Μεταβολή – ∆ιεργασία …………………………………………. 726
∆.5 Πολυτροπική Μεταβολή-∆ιεργασία………………………………………………………………………………….. 727
Ε. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ: Ιδιότητες ∆έρα (ιδανικό αέριο) ……………………………………………………………………… 728
ΣΤ. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ: Πίνακες Ψυκτικού R-134α………………………………………………………………………….. 730
Ζ. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ: Ιδιότητες ∆ιαλύµατος LiBr/Water………………………………………………………………….. 735
Ζ.1 Ειδική ενθαλπία διαλύµατος LiBr/Water…………………………………………………………………………… 735
Ζ.2 Υπολογισµός της πυκνότητας διαλύµατος LiBr/Water ………………………………………………………… 736
Ζ.3 Υπολογισµός της θερµοκρασίας διαλύµατος LiBr/Water …………………………………………………….. 736
Η. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ: Μαθηµατικά………………………………………………………………………………………………. 737
Η.1 Τριγωνοµετρικές Συναρτήσεις…………………………………………………………………………………………. 737
Η.2 Παραγωντικό ……………………………………………………………………………………………………………….. 741
Η.3 ∆ιανυσµατική Ανάλυση …………………………………………………………………………………………………. 741
Η.4 ∆ιαφορικός Λογισµός…………………………………………………………………………………………………….. 743
Η.5 Ολοκληρωτικός Λογισµός………………………………………………………………………………………………. 749
Θ. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ: Μονάδες Μεγεθών – Μετατροπές Μονάδων – Κλίµακες…………………………………… 756
Θ.1 Μονάδες Μέτρησης Μεγεθών – Μετατροπές …………………………………………………………………….. 756
Θ.2 Πολλαπλάσια και Υποπολλαπλάσια Προθέµατα Μονάδων…………………………………………………… 760
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ……………………………………………………………………………………………………… 761
ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΑΓΓΛΙΚΩΝ ΚΑΙ ΕΛΛΗΝΙΚΩΝ ΟΡΩΝ ……………………………………………….. 765