دانلود کتاب آموزش زبان انگلیسی از مبتدی تا پیشرفته

اختصاصی از کوشا فایل دانلود کتاب آموزش زبان انگلیسی از مبتدی تا پیشرفته دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

شرح مختصر : احتمالاً تا به امروز در مورد زبان انگلیسی کتاب ها و جزوات زیادی را مطالعه کرده و یا در کلاس های آموزشی زیادی شرکت کرده اید. جزوه ای که هم اکنون مطالعه می کنید به صورت ساده و کاملاً کاربردی در مورد آموزش زبان انگلیسی از مبتدی تا پیشرفته نوشته شده است و می توان ادعا کرد که یکی از جزوات ساده و بی نظیر است. مطالب این جزوه به صورت ساده و واضح بیان گردیده است. در انتخاب جملات، عبارت ها، اصطلاحات و مثل ها دقت کافی انجام گرفته است و از این لحاظ در وقت خواننده صرفه جوئی شده است. این جزوه برای کسانی که قصد شرکت در آزمون کارشناسی ارشد، کارشناسی و کسانی که دوست دارند زبان را یاد بگیریند بسیار مفید و آموزنده خواهد بود.

پروژه قالب برش طراحی و مدلسازی قالب برش Link توسط نرم‌افزار پیشرفته Catia

اختصاصی از کوشا فایل پروژه قالب برش طراحی و مدلسازی قالب برش Link توسط نرم‌افزار پیشرفته Catia دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحات:144

فهرست مطالب:
عنوان                                    صفحه
پیشگفتار     1
مقدمه     2    
 فصل اول (طراحی قطعات)    5
فرورفتگی‌ها و برآمدگی‌ها     5
فرورفتگی‌ها و برآمدگی‌ها در اطراف سوراخ     8
لبه های خم شده    9
تلرانس ها در قالب‌ها    10
سوراخهای راست     10
سوراخهای بیرون زده    11
رابطه سوراخها با خم‌ها    13
شکاف‌ها (فاق‌ها)     14
خم ها    16
 فصل دوم (انواع قالب)    23
قالب‌های برش     23
قالب‌های تمام برش (قیچی)    23
عنوان                                    صفحه
قالب‌های مرکب     25
قالب‌های قیچی کاری و صافکاری     25
قالب‌های سوراخ کاری     26
قالب‌های خان کشی     26
قالب‌های خم     29
قالب‌های فرم     32
قالب‌های کشش     33
قالب‌های گرد کاری     35
قالب‌های اکستروژن     35
قالب‌های سردکاری     36
قالب‌های مرحله‌ای     38
قالب‌های جازدن قطعات     38
قالب‌های دیگر     39
 فصل سوم (پرس)    43
 انواع پرس‌ها     43
ساختمان پرس‌ها     43
عنوان                                    صفحه
 منابع مورد استفاده در پرس‌ها     44
 سرعت پرس‌ها     44
پرس‌های  C شکل ضربه ای     45
پرس‌های  C شکل بزرگ     47
طرز کار با یک پرس‌  C شکل ضربه ای    49
پرس با میزگردان     50
پرس با تغذیه نقاله‌ای     51
پرس‌های ورق  کاری     53
پرس‌های چرخ در پشت     53
پرس‌های هیدرولیک    55
ساختمان یک پرس هیدرولیک    56
پرس های هیدرولیک با میز گردان    57
پرس‌های پنوماتیک     59
پرس‌های الکتریکی     59
 پرس‌های دروازه‌ای     60
پرس‌های دروازه‌ای با میزگردان    62
پرس‌های دروازه‌ای هیدرولیک     63
عنوان                                    صفحه
پرس‌های دروازه‌ای بزرگ     64
پرس‌های چهار ستونه     66
 پرس‌های چهار ستونه تمام فولادی      67
پرس‌های چهار ستونه بزرگ     68
پرس‌های انتقالی     69
پرس‌های هیدروفرم     70
پرس‌های که از پایین به بالا عمل می‌کنند     71
پرس‌های چهار ستونه با حرکت از پایین به بالا     72
پرس‌های با سرعت زیاد     73
پرس‌های  فوق‌العاده سریع     73
پرس‌های کاملاً اتوماتیک     74
وسایل انتقال دهنده    75
تخلیه کننده های اتوماتیک    76
تخلیه کننده های انبرکی    76
 فصل چهارم (برش فلزات)    78
 تعریف     78
عنوان                                    صفحه
 مراحل برش     79
قالبهای برش     80
بازی برش     81
قابل تبدیل بودن قالبهای برش بر اساس بازی برش     86
بازی برش برای فولادهای الکتریکی     90
 بازی برش برای مواد غیر فلزی     90
بازی برش برای قالب‌های اصلاح     91
کلیرانس زاویه ای    92
قیچی     95
رابطه نیرو مقدار قیچی     96
فشار برش    98
فاصله مجاز بین برش‌ها     106
تئوری پارگی ورق     110
لقی نامناسب     114
نیروی برش     116
کاهش نیروی برش     117

عنوان                                    صفحه
 فصل پنجم (14 مرحله طراحی قالب)    120
نوار ورق     120
ماتریس     120
سنبه پولک زنی     121
سنبه سوراخکاری     122
صفحه سنگبر     123
راهنمای داخلی     124
گچ راهنمای ورق یا کانال راهنما     125
استپ انگشتی یا پین انگشتی     126
پین اتوماتیک یا استپ اتوماتیک     127
صفحه جدا کننده (صفحه رو بنده)    128
 اتصالات و بست‌ها     129
 کفشک ها     129
نقشه کامل     130
فصل ششم- مشخصات قطعه کار و محاسبات طراحی    133
 مشخصات قطعه کار    133
عنوان                                    صفحه
ابعاد    133
خیلی و تنش برشی    133
 محاسبات مربوط به نوار خام    134
مازاد عرضی و طولی    134
بازدهی ورق    135
 محاسبات مربوط به ماتریس    136
قسمت بدون شیب    136
شیب یا زاویه آزاد    136
ضخامت    136
حداقل فاصله سوراخ ماتریس تا لبه    136
مشخصات ورق گیر    137
لقی بین سنبه وماتریس (C)    137
لقی در بلانک زنی    138
لقی در سوراخکاری    138
 اتصالات    139
محاسبه نیروها    139
نیروی برش    139
عنوان                                    صفحه
نیروی تناژ    140
 ضربه گیر    140
علت استفاده از ضربه گیر    140
روش های تعیین لزوم ضربه گیر    140
-مکان دنباله قالب    141
روش های پیدا کردن مکان دنباله قالب    141
محاسبه محل مناسب    141
منابع    144

چکیده
این پروژه به بررسی چگونگی طراحی یک قالب با توجه به نیازمندی‌های محصول می‌پردازد. در قسمت اول باید بدانیم که ویژگیهای محصول مورد نظر ما از نظر خواص ظاهری و نوع کاربردی چگونه است که در قسمت طراحی قطعات آمده است.
برای هر محصولی هم می توان از چند قالب استفاده کرد و هم از یک قالب پیچیده که بسته به نیاز و امکان تجهیزات تولیدی می توان از انواع تکنولوژی قالب استفاده کرد و برای این منظور نیاز به شناخت انواع قالب داریم.
پرسها به عنوان منابع تخصیص نیرو به فکهای هر قالب نقش بسیاری در تولید دارند علم استفاده از نیرویی مناسب برای استفاده بهینه از امکانات برای هر فرد حتی بسیار دارای اهمیت می باشد. به طور مثال یک پرس 120 تن می تواند قالب نک پشت سری را نابود کند. در بخش پرس و برش فلزات به تشریح کامل ملزومات و نیازهای مختلف پرداخته شده است.
در قسمت طراحی قالب نیاز به دانستن مراحل مختلف طراحی می باشد. در این تحقیق به بیان مراحل مختلف طراحی قالب (14 مرحله) به صورت کامل پرداخته شده است و به مشخصات قطعه کار و محاسبات طراحی نیز به صورت بخشهای مجزا پرداخته شده است.
هدف این تحقیق گردآوری منظومه‌ای جهت ساخت انواع قالب می باشد که روش ساخت و طراحی با توجه به امکانات سرلوحه تمامی تحقیقات این پروژه بوده است.

مقدمه
قطعات پرس شده
قطعات پرس شده به اجزایی گفته می‌شود که از ورقه‌های فلزی بریده و فرم داده شده‌اند. با نگاهی به اطراف خود این قطعات را که به فرم‌های گوناگون و اندازه‌های مختلف پرس کاری و شکل داده شده‌اند به مقدار زیادی خواهید یافت و شاید تعدادی از آنها جزء وسایل شخصی شما نیز باشند. مثلاً حلقه‌ای که در دست دارید احتمالاً حاصل یک عمل پرس کاری است. بیشتر قطعات موجود در ساعت مچی در عملیات پرس کاری ساخته شده است. قلاب کمر، منگنه‌های کفش، عینک، خودنویس، زیپ لباس همه اینها محصولات مختلف پرس کاری هستند.
هما نطور که گفته شد، با نظری به اطراف خود در هر اطاق، محصولات صنعت پرس کاری را خواهید دید. بیشتر قطعات لوستر و لوازم برقی دیگر، همچنین دستگیره‌های در و رادیاتور شوفاژ از محصولات صنعت پرس کاری هستند. در منازل نیز از اینگونه قطعات به فراوانی یافت می‌شوند. ظروف، مثل بشقابها، چاقوها، قاشقها و چنگالها، قوری و دستگیره‌های کابینت آشپزخانه، قوطی باز کن و غیره مثالهایی از این نوع مصنوعات می‌باشند.
یخچال را می‌توان تماماً محصول عملیات پرس کاری دانست. همچنین اجاق گاز و سایر وسایل خانگی دیگر در این گروه قرار دارند. برای ساختن هر کدام از قطعات موجود در وسایل نامبرده به حداقل 3 تا 6 قالب نیاز است.
هر اتومبیل از صدها قطعه پرس شده ساخته شده است که بزرگترین این قطعات سقف و سپس گلگیرها، درها، بدنه و چرخها هستند. صدها قطعه کوچک‌تر دیگر نیز وجود دارند که اکثر آنها در مقابل دید قرار نداشته بلکه در داخل اتومبیل در قسمت‌‌های مختلف نصب گردیده‌اند. یک نمونه از این قطعات، شمع اتومبیل است که قسمت‌هایی از آن با اعمال پرس‌کاری ساخته شده است. در دو مرحله از عملیات مربوط به پرس کاری قطعات یک شمع اتومبیل به قالب‌ها بسیار پیچیده‌ای احتیاج است و برای ساخت هر کدام از این قالب‌ها صدها هزار دلار خرج می‌شود که این تنها قسمتی از مخارج است و به این هزینه‌ها بایستی هزینه‌های طراحی و هزینه قالب نگهدار شامل کفشها و میله‌ها و بوش‌های راهنما را نیز افزود.
ماشین‌های موجود در ادارات مانند ماشین‌های تحریر، ماشین حساب و فتوکپی و غیره را نیز می‌توان از محصولاتی دانست که در آنها صدها قطعه پرس شده وجود دارند. به عنوان مثال دیگر رادیو و تلویزیون را نام ببریم که هر کدام به هزاران قطعه پرس کاری شده نیاز دارند.
قطارها، هواپیما‌ها وموشکها خود مثال‌های دیگری از کاربرد وسیع صنعت پرس‌کاری هستند، همه این وسایل سال به سال تغییر کرده و بهتر می‌شوند که در نتیجه به قالب‌های بهتر و پیشرفته‌تر نیاز خواهد بود که این خود موجب پیشرفت  و گسترش صنعت قالبسازی و پرس کاری می‌گردد.
با توجه به مطالب فوق می‌تواند به اهمیت و ابعاد بزرگ صنعت قالبسازی پی برد. مهندسی قالب‌سازی و پرس کاری در 50 ساله اخیر ابعاد غول آسائی پیدا نموده است و بدون شک در آینده نیز این صنعت پیشرفت قابل ملاحظه خواهد نمود.

 
فصل اول

طراحی قطعات
در این بخش از کتاب، با انواع مختلف «قطعات» آشنا می‌شویم. شکل این قطعات، اساس و پایه‌ای برای طراحی قطعه می‌باشند. باید متذکر شد که طراحی قطعة مورد نظر، قبل از طراحی قالب انجام می‌پذیرد و شامل محاسبات منحصر به خود است. طراحی قطعات شامل موارد زیر می‌باشند :
1ـ فرورفتگی‌ها و برآمدگی‌ها (گرده ماهی‌ها) 2ـ فرورفتگی‌ها و برآمدگی‌ها در اطراف سوراخ 3ـ لبه‌های خم شده 4ـ تلرانس 5ـ برش سوراخها 6ـ سوراخهای راست 7ـ سوراخهای بیرون زده 8ـ رابطة سوراخها با خم‌ها 9ـ شکاف‌ها (فاق‌ها) 10 ـ خم‌ها و لولاها.
فرورفتگی و برآمدگی ها : در شکل 1-1 طرح اساسی فرورفتگی یا برآمدگی‌ها نشان داده شده‌اند و در تابلوی  1-1 اندازه‌های استاندارد با توجه به شکل 1-1 نوشته شده است. این بر روی سطوح انحناء دار و یا شیب دار دیگر نیز بدون اینکه بر روی قطعه جا بیاندازد (موج دار کردن و یا خط انداختن) قابل استفاده باشند.

جزوه طراحی راکتور پیشرفته پروفسور فرهاد خراشه دانشگاه صنعتی شریف

اختصاصی از کوشا فایل جزوه طراحی راکتور پیشرفته پروفسور فرهاد خراشه دانشگاه صنعتی شریف دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

این جزوه به صورت دست نویس است.

این جزوه درس طراحی راکتور پیشرفته پروفسور فرهاد خراشه دانشگاه صنعتی شریف می باشد که به طور بسیار کامل به ارائه مباحث مطرح در این واحد درسی پرداخته است.

درس سینتیک و طراحی راکتور از مهمترین دروس مقطع کارشناسی ارشد و دکتری رشته مهندسی شیمی می باشد. این جزوه در 371 صفحه با کیفیت عالی اسکن شده و امیدواریم در جهت کمک به شما عزیزان مورد استفاده قرار بگیرد.

تحقیق دستیابی به الگوهای پیشرفته در سازمان و تشکیلات

اختصاصی از کوشا فایل تحقیق دستیابی به الگوهای پیشرفته در سازمان و تشکیلات دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحات:24

فهرست مطالب:

پیشگفتار:
مقدمه:
1-    ساختار ارزیابی و طبقه بندی سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور.
2 -سازمان نظام مهندسی کشور
1-    نقش استاندارها در فعالیت مهندسین مشاور
2-3- پروژه های اجرائی
4-3- مدیریت پروژه
5-3-  تهیه و ارائه گزارشات
نتیجه فرایند کارآموزی
آشنائی با استانداردها و مراجع
- آشنائی با فعالیت نظارتی
آشنایی تخصصی با بخش برق و الکترونیک
آشنائی با نقشه کشی و نرم افزارهای مهندسی
تاریخچه

پیشگفتار:
جریان کاربرد و تکامل تکنولوژی در سال های پیش از 1900 بر مبنای فعالیت های فردی منهدسی استوار بود.  چنانچه لئوناردو داوینچی را می توان علاوه بر هنرمندی خلاق و بزرگ مهندسی بی نظر و پیشرو دانست که قلمرو عملی و علمی دانش، تکنولوژی و تجربی را در هم آمیخته بود و در هر زمینه ای دستاورهای بی نظر برجا گذاشته است. اما شاید بزرگترین دستاورد بشر در قرن بیستم دستبابی به الگوهای پیشرفته سازمان و تشکیلات بوده است. یعنی انجام تقسیم کار بویژه فعالیت‌های بزرگ صنعتی، تولیدی و اجرائی در قالب سازمان و تشکیلات و انجام کار گروهی با هماهنگی و استفاده از اصول و فنون کنترل پروژه و مدیریت کیفیت. ساختار سازمانی  امکان تقسیم کار به گروه های تخصصی و بهره برداری از تخصص های مرتبط با هر کار و وظیفه را در شرایط پهنه امکان پذیر می نماید.
در کارهای مهندسی که پایه و اساس خلق وبهره برداری از تکنولوژی در ابعاد مختلف است.فرایند فعالیت مهندسی از مطالعات امکان سنجی شروع می‌شود و به ارائه گزینه‌های مختلف یا طرح های خام مهندسی می انجامد.  د رمرحله انتخاب بهترین گزینه انواع فاکتورهای موثر در هر پرونده از جمله فاکتورهای مالی و اقتصادی ، فاکتورهای امکان پذیری وزمانبندی ، امکان پذیری  جا و مکان، امکانات مهندسی  و دانش فنی، و بالاخره امکانات اجرائی مورد ارزیابی قرار می گیرد و با روش های علمی و مقایسه های آماری و اطلاعاتی و از جمله محاسباتی. پروژه ای که بهترین ترکیب عواقل را نشان می دهد بعنوان پیشنهاد اجرائی دراختیار  کارفرما قرار می دهد. باتصویب  طرح ها و گزینه های پیشنهادی تقسیم کار اصلی بروری پروژه مهندسی انجام می گردد و با طبقه بندی مراحل مختلف طراحی عملیات تخصصی مهندسی و طراحی شروع می گردد. بدین ترتیب که اگر موضوع پروژه مثلا تاسیس یک کارخانه یا واجد تولیدی است. دراینصورت مکان مناسبی که بهترین ارتباطات را با مواد اولیه، بازار فروش کالا یا مصرف کالا، بازار کار و امکانات زیر بنائی( آب ، برق، تلفن، گاز، راه آهن، راههای آبی و هوائی) امکانات شهری و زیستی و سایر عوامل داشته باشد انتخاب می گردد و مراحل نقشه برداری و زمین شناسی برای تهیه نقشه های توپولوژی و ژئودزی انجام می پذیرد که این نقشه ها و اطلاعات بصورت داده های مهندسی در طراحی های ساختمان ها و سازه ها و سطوح هموار اجرای ساختمان ها (خاکبرداری و خاکریزی) و بالاخره نقشه هایی راهها و خیابانهای دسترسی، استقرار و طرح جا و مکان تاسیسات، ساختمان ها و سالن های تولید و ارتباطات داخلی و سیستم های پشتیبانی تولید مورد استفاده قرار می گردد درمراحل بعدی طرحی کارهای تخصصی تر مانند طراحی ساختمان ها، سازه ها، سیستم های تاسیساتی مانند آب‌رسانی، برق رسانی، توزیع برقی، ایستگاهای تبدیل فشار برق ( مثلا 63 کیلوات یا 6 کیلو وات به سه فاز، 220 و 110 بر حسب نوع مصرف)  و در ادامه کار تهیه نقشه‌های اجرائی طرح مسیر و ایستگاه های تولید و استقرار تجهیزات خطر تولید انجام  می پذیرد. در ادامه با استفاده از اطلاعات سازنده تجهیزات خطوط تولید فونداسیون ها و راهگاه های ورودی و خروجی مواد، آب ، برق، گاز، فاضلاب بصورت اجرائی دویز Detouz طراحی و نقشه های اجرائی آن تهیه می‌شود. در این مرحله کلیه اجزاء و انتخاب ها یا به سفارش صاحب تکنولوژی ویا برحسب استانداردهای حرفه ای بین المللی انتخاب و طراحی می‌شود و بر حسب اینکه اطلاعات موجود در چه سطحی باشد. مهندس مشاور و مسئول، طراحی تکمیلی رابرعهده می گیرد و انجام می دهد.مثلا اگر دستگاهها بصورت خط تولید در کارخانه سازنده و صاحب تکنولوژی طراحی شده است. مشاور تنها مکان و نحوه نصبت ومونتاژ تابلوها و دستکاها را تهیه می کند و تاگر خطوطی فاقد سیستم یپارچگی فرمان و قطع و وصل برق باشد، مبادرت به  طراحی تابلوهای فرمان می نماید.
باپایان گرفتن این مرحله مراحل  مربوط به تهیه نقشه های اجرائی که معروف به Prawings Shop  است انجام می پذیرد. این نقشه ها بنحوی است که در آن مارک. ابعاد اندازه ها و نحوه قرار گرفتن، فاصله ها و اتصالات بنحوی که درخود کارگاه و یا در کارگاه سازنده قابل اجرا باشد و کارگران و استاد کاران بدون محاسبه مهندسی بتوانند موضوع نقشه را بسازند تهیه می‌شود. مثلا در یک سازه فلزی علاوه بر خطوط هندسی، مقطع پروفیل ها،  طول هر پروفیل  مکان استقرار، نوع اتصال (طول و اندازه جوش، سوراخ یا پیچ و مهره ها) با دقت و تلرانس های حرفه ای تعیین می‌شود.
در این نقشه ها وزن اجزاء حجم ها و نوع جنس و حتی مارک اجزاء با دقت بسیار زیادی تعیین درجه اول مربوطه ذکر می‌شود.
نقشه ها شامل گروه های مختلف مانند سازه های فلزی، خاک برداری ، خاکریزی کارهای تبنی، کارهای برقی، کارهای تاسیساتی و لوله کشی، کارهای مکانیکی و تجهیزاتی کارهای الکترونیکی یا ابزار دقیق و کارهای مهندسی مانند کنترل پروژه ها و راهنمایی نجهیزاتی مانند جرا؟؟؟ های مورد نظر و در صورت لزوم روش های مهندسی برای نصب و مونتاژ و حجم از مدارک مالی و نظارتی است که شامل جداول فهرست اقلام و فهرتس کار است که حجم فیزیکی، حجم اجرائی (ساعت کار یا دستمزد حجمی کارها) و سایر مشخصات مالی مانند فهرست بهای کارها می باشد.
این مدارک نشان دهنده وضعیت مالی پروژه است که معمولاً مورد استفاده قراردادی کارفرما قرار می گیرد. برای معنی که در مراحل مناقصه یا استعلام و مذاکره برای عقد قرارداد اجرائی با پیمانکاران مختلف پیشنهاد قیمت  به زیر فهسرت های تهیه شده برکارفرما ارائه می‌شود که بین از عقد و امضای قرار داد با پیمانکاران در مراحل اجرائی ، با اجرا و انجام هر بخش کار میزان دستمزد یا کارمزد پیمانکار با دقت قابل محاسبه و پرداخت خواهد بود.
مرحله اساسی درجریان اجرا مرحله نظارت است که توسط مهندسین ناظر صاحب صلاحیت و برحسب مدارک طراحی و مهندسی دار بصورت لزوم نظارت کارگاهی و مقیم به اجرا در می آید. مهندسین ناظر علاوه بر کنترل کیفیت انجام می پذیرد با دقت نظارت و تاکیید می کنند.
مثلا در اجرای سازه ها علاوه بر کنترل کیفیت مواد اولیه (نو و سالم و بی عیب و درست بودن مصالح) ممکن است کنترل هائی برروی جوشکاری یا آزمایشاتی برروی بتن ها انجام پذیرد که سازه بدست آمده دقیقا استانداردهای حرفه ایی مورد توافق را دراجرای مراعات کرده باشند.

کتاب ترمودینامیک پیشرفته Advanced Thermodynamics for Engineers

اختصاصی از کوشا فایل کتاب ترمودینامیک پیشرفته Advanced Thermodynamics for Engineers دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

کتاب ترمودینامیک پیشرفته

Advanced Thermodynamics for Engineers , D E Winterbone

Preface
When reviewing, or contemplating writing, a textbook on engineering thermodynamics, it is necessary to ask what does this book offer that is not already available? The author has taught thermodynamics to mechanical engineering students, at both undergraduate and post-graduate level, for 25 years and has found that the existing texts cover very adequately the basic theories of the subject. However, by the final years of a course, and at post-graduate level, the material which is presented is very much influenced by the lecturer, and here it is less easy to find one book that covers all the syllabus in the required manner. This book attempts to answer that need, for the author at least. The engineer is essentially concerned with manufacturing devices to enable tasks to be preformed cost effectively and efficiently. Engineering has produced a new generation of automatic ‘slaves’ which enable those in the developed countries to maintain their lifestyle by the consumption of fuels rather than by manual labour. The developing countries still rely to a large extent on ‘manpower’, but the pace of development is such that the whole world wishes to have the machines and quality of life which we, in the developed countries, take for granted: this is a major challenge to the engineer, and particularly the thermodynamicist. The reason why the thermodynamicist plays a key role in this scenario is because the methods of converting any form of energy into power is the domain of thermodynamics: all of these processes obey the four laws of thermodynamics, and their efficiency is controlled by the Second Law. The emphasis of the early years of an undergraduate course is on the First Law of thermodynamics, which is simply the conservation of energy; the First Law does not give any information on the quality of the energy. It is the hope of the author that this text will introduce the concept of the quality of energy and help future engineers use our resources more efficiently. Ironically, some of the largest demands for energy may come from cooling (e.g. refrigeration and air- conditioning) as the developing countries in the tropical regions become wealthier - this might require a more basic way of considering energy utiiisation than that emphasised in current thermodynamic texts. This book attempts to introduce basic concepts which should apply over the whole range of new technologies covered by engineering thermodynamics. It considers new approaches to cycles, which enable their irreversibility to be taken into account; a detailed study of combustion to show how the chemical energy in a fuel is converted into thermal energy and emissions; an analysis of fuel cells to give an understanding of the direct conversion of chemical energy to electrical power; a detailed study of property relationships to enable more sophisticated analyses to be made of both
x Preface
high and low temperature plant; and irreversible thermodynamics, whose principles might hold a key to new ways of efficiently converting energy to power (e.g. solar energy, fuel cells). The great advances in the understanding and teaching of thermodynamics came rapidly towards the end of the 19th century, and it was not until the 1940s that these were embodied in thermodynamics textbooks for mechanical engineers. Some of the approaches used in teaching thermodynamics still contain the assumptions embodied in the theories of heat engines without explicitly recognising the limitations they impose. It was the desire to remove some of these shortcomings, together with an increasing interest in what limits the efficiency of thermodynamic devices, that led the author down the path that has culminated in this text. I am still a strong believer in the pedagogical necessity of introducing thermodynamics through the traditional route of the Zeroth, First, Second and Third Laws, rather than attempting to use the Single-Axiom Theorem of Hatsopoulos and Keenan, or The Law of Stable Equilibrium of Haywood. While both these approaches enable thermodynamics to be developed in a logical manner, and limit the reliance on cyclic processes, their understanding benefits from years of experience - the one thing students are lacking. I have structured this book on the conventional method of developing the subject. The other dilemma in developing an advanced level text is whether to introduce a significant amount of statistical thermodynamics; since this subject is related to the particulate nature of matter, and most engineers deal with systems far from regions where molecular motion dominates the processes, the majority of the book is based on equilibrium ther- modynamics; which concentrates on the macroscopic nature of systems. A few examples of statistical thermodynamics are introduced to demonstrate certain forms of behaviour, but a full understanding of the subject is not a requirement of the text. The book contains 17 chapters and, while this might seem an excessive number, these are of a size where they can be readily incorporated into a degree course with a modular structure. Many such courses will be based on two hours lecturing per week, and this means that most of the chapters can be presented in a single week. Worked examples are included in most of the chapters to illustrate the concepts being propounded, and the chapters are followed by exercises. Some of these have been developed from texts which are now not available (e.g. Benson, Haywood) and others are based on examination questions. Solutions are provided for all the questions. The properties of gases have been derived from polynomial coefficients published by Benson: all the parameters quoted have been evaluated by the author using these coefficients and equations published in the text - this means that all the values are self-consistent, which is not the case in all texts. Some of the combustion questions have been solved using computer programs developed at UMIST, and these are all based on these gas property polynomials. If the reader uses other data, e.g. JANAF tables, the solutions obtained might differ slightly from those quoted. Engineering thermodynamics is basically equilibrium thermodynamics, although for the first two years of the conventional undergraduate course these words are used but not often defined. Much of the thermodynamics done in the early years of a course also relies heavily on reversibilio, without explicit consideration of the effects of irreversibility. Yet, if the performance of thermodynamic devices is to be improved, it is the irreversibility that must be tackled. This book introduces the effects of irreversibility through considerations of availability (exergy), and the concept of the endoreversible engine. The thermal efficiency is related to that of an ideal cycle by the rational efficiency - to demonstrate how closely the performance of an engine approaches that of a reversible one. It is also
Preface xi
shown that the Camot efficiency is a very artificial yardstick against which to compare real engines: the internal and external reversibilities imposed by the cycle mean that it produces zero power at the maximum achievable efficiency. The approach by CuIZon and Ahlbom to define the efficiency of an endoreversible engine producing maximum power output is introduced: this shows the effect of extern1 irreversibility. This analysis also introduces the concept of entropy generation in a manner readily understandable by the engineec this concept is the comerstone of the theories of irreversible thennodynamics which are at the end of the text. Whilst the laws of thermodynamics can be developed in isolation from consideration of the property relationships of the system under consideration, it is these relationships that enable the equations to be closed. Most undergraduate texts are based on the evaluation of the fluid properties from the simple perfect gas law, or from tables and charts. While this approach enables typical engineering problems to be solved, it does not give much insight into some of the phenomena which can happen under certain circumstances. For example, is the specific heat at constant volume a function of temperature alone for gases in certain regions of the state diagram? Also, why is the assumption of constant stagnation, or even static, temperature valid for flow of a perfect gas through a throttle, but never for steam? An understanding of these effects can be obtained by examination of the more complex equations of state. This immediately enables methods of gas liquefaction to be introduced. An important area of enginee~g thermodynamics is the combustion of hydrocarbon fuels. These fuels have formed the driving force for the improvement of living standards which has been seen over the last century, but they are presumably finite, and are producing levels of pollution that are a constant challenge to engineers. At present, there is the threat of global warming due to the build-up of carbon dioxide in the atmosphere: this requires more efficient engines to be produced, or for the carbon-hydrogen ratio in fuels to be reduced. Both of these are major challenges, and while California can legislate for the Zero Emissions Vehicle (ZEV) this might not be a worldwide solution. It is said that the ZEV is an electric car running in Los Angeles on power produced in Arizona! - obviously a case of exporting pollution rather than reducing it. The real challenge is not what is happening in the West, although the energy consumption of the USA is prodigious, but how can the aspirations of the East be met. The combustion technologies developed today will be necessary to enable the Newly Industrialised Countries (NICs) to approach the level of energy consumption we enjoy. The section on combustion goes further than many general textbooks in an attempt to show the underlying general principles that affect combustion, and it introduces the interaction between thermodynamics and fluid mechanics which is so important to achieving clean and efficient combustion. The final chapter introduces the thermodynamic principles of fuel cells, which enable the direct conversion of the Gibbs energy in the fuel to electrical power. Obviously the fuel cell could be a major contributor to the production of 'clean' energy and is a goal for which it is worth aiming. Finally, a section is included on irreversible thermodynamics. This is there partly as an intellectual challenge to the reader, but also because it infroduces concepts that might gain more importance in assessing the performance of advanced forms of energy conversion. For example, although the fuel cell is basically a device for converting the Gibbs energy of the reactants into electrical energy, is its efficiency compromised by the thermodynamics of the steady state that are taking place in the cell? Also, will photo-voltaic devices be limited by phenomena considered by irreversible thermodynamics?
xii Preface
I have taken the generous advice of Dr Joe Lee, a colleague in the Department of Chemistry, UMIST, and modified some of the wording of the original text to bring it in line with more modem chemical phraseology. I have replaced the titles Gibbs free energy and Helmholtz free energy by Gibbs and Helmholtz energy respectively: this should not cause any problems and is more logical than including the word ‘free’. I have bowed, with some reservations, to using the internationally agreed spelling sulfur, which again should not cause problems. Perhaps the most difficult concept for engineers will be the replacement of the terms ‘mol’ and ‘kmol’ by the term ‘amount of substance’. This has been common practice in chemistry for many years, and separates the general concept of a quantity of matter from the units of that quantity. For example, it is common to talk of a mass of substance without defining whether it is in grams, kilograms, pounds, or whatever system of units is appropriate. The use of the phrase ‘amount of substance’ has the same generalising effect when dealing with quantities based on molecular equivalences. The term mol will still be retained as the adjective and hence molar enthalpy is the enthalpy per unit amount of substance in the appropriate units (e.g. kJ/mol, kJ/kmol, Btu/lb-mol, etc). I would like to acknowledge all those who have helped and encouraged the writing of this text. First, I would like to acknowledge the influence of all those who attempted to teach me thermodynamics; and then those who encouraged me to teach the subject, in particular Jim Picken, Frank Wallace and Rowland Benson. In addition, I would like to acknowledge the encouragement to develop the material on combustion which I received from Roger Green during an Erskine Fellowship at the University of Canterbury, New Zealand. Secondly, I would like to thank those who have helped in the production of this book by reading the text or preparing some of the material. Amongst these are Ed Moses, Marcus Davies, Poh Sung Loh, Joe Lee, Richard Pearson and John Horlock; whilst they have read parts of the text and provided their comments, the responsibility for the accuracy of the book lies entirely in my hands. I would also like to acknowledge my secretary, Mrs P Shepherd, who did some of the typing of the original notes. Finally, I must thank my wife, Veronica, for putting up with lack of maintenance in the house and garden, and many evenings spent alone while I concentrated on this work.
D E Winterbone