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Full Product Details

Author:   R. Kinsky
Publisher:   McGraw-Hill Education - Europe
Imprint:   McGraw-Hill Education / Australia
Dimensions:   Width: 17.80cm , Height: 1.80cm , Length: 24.00cm
Weight:   0.618kg
ISBN:  

9780074702383

ISBN 10:   0074702386
Pages:   472
Publication Date:   07 September 1995
Audience:   College/higher education ,  Professional and scholarly ,  Tertiary & Higher Education ,  Professional & Vocational
Format:   Paperback
Publisher's Status:   Active
Availability:   Available To Order  
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Table of Contents

Contents List of tables ix Preface x Part 1 Thermodynamics 1 Chapter 1 Energy and humanity 3 1.1 The need for energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2 Energy conversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.3 Heat engines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.4 Availability of heat energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.5 Sources of energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.6 Solar energy-photosynthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.7 Solar radiation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.8 Wind and wave energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.9 Hydroelectric power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.10 Nuclear energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.11 Tidal energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.12 Geothermal energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.13 Fossil fuels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.14 Depletion of stored fuel reserves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.15 Energy conservation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Problems 26 Chapter 2 Basic concepts 29 2.1 The nature of matter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.2 Properties and processes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.3 Mass ................................................... 32 2.4 Volume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.5 Density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.6 Relative density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.7 Specific volume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.8 Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.9 Weight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.10 Pressure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.11 Temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.12 System and black-box analysis of a system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.13 Reciprocating piston-and-cylinder mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Problems 44 V vi Contents Chapter 3 Energy 47 3.1 Energy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.2 Potential energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.3 Kinetic energy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.4 Work................................................... 50 3.5 Pressure-volume diagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.6 Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.7 Heat.................................................... 57 3.8 Chemical energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 3.9 Internal energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.10 Nuclear energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Problems 62 Chapter 4 Closed and open systems 66 4.1 Closed system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.2 Non-flow energy equation and its applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.3 Isolated systems with no phase change . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.4 Isolated systems with a phase change. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.5 Bomb calorimeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 4.6 Open systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 5 4.7 Mass flow in open systems.................................. 76 4.8 Steady-flow energy equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 4.9 Turbine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 4.10 Steam generator (boiler). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 4.11 Heat exchanger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 4.12 Gas calorimeter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Problems 86 Chapter 5 Gases 90 5.1 Perfect or ideal gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 5.2 General gas equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 5.3 Specific heat capacity of a gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 5.4 Internal energy and enthalpy change in a gas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 5.5 Constant-pressure process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 5.6 Constant-volume process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 5.7 Isothermal process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 5.8 Polytropic process. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 5.9 Adiabatic (isentropic) process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Problems 114 Chapter 6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 Heat engines 118 Definition of a heat engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Essentials of a heat engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Efficiency of a heat engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 Maximum efficiency of a heat engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 Types of heat engine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 Carnot cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 Stirling cycle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 Contents vii 6.8 Otto cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 6.9 Diesel cycle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 6.10 Dual cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 6.11 Two-stroke engines........................................ 142 6.12 Joule cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 Problems 146 Chapter 7 Heat-engine performance 150 7.1 Power output. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 7.2 Heat-supply rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 7.3 Efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 7.4 Specific fuel consumption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 7.5 Indicated power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 7.6 Friction power. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 7.7 Mechanical efficiency. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 7.8 Indicated thermal efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 7.9 Volumetric efficiency. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 7.10 Morse test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 7.11 Energy balance for a heat engine ............................. 166 7.12 Performance curves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 Problems 172 Part 2 Fluid mechanics 111 Chapter 8 Basic properties of fluids 179 8.1 Types of fluid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 8.2 Properties of a fluid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 8.3 Viscosity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 8.4 Saturation vapour temperature and pressure of a liquid . . . . . . . . . . . . 184 8.5 Environmental impact...................................... 184 Problems 186 Chapter 9 Compon ents and their selection 189 9.1 Pipes, tubes and ducts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 9.2 Pipe fittings. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 9.3 Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 9.4 Filters and strainers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 9.5 Storage vessels and tanks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 9.6 Nozzles and spray heads. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 9.7 Gauges and instruments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 9.8 Flow measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 9.9 Fluid-power equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 9.10 Selection of fluid components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 Problems 211 Chapter 10 Fluid statics 214 10.1 Basic principles of fluid statics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 10.2 Pressure variation with depth in a liquid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 10.3 Piezometers and manometers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 viii Contents 10.4 Static-fluid-pressure forces on surfaces ....................... . 223 227 229 10.5 Buoyancy force .......................................... . Problems Chapter 11 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 Fluid flow Basic principles .......................................... . Volume-flow and mass-flow rates ........................... . Continuity equation ...................................... . Head .................................................. . Bernoulli equation ....................................... . Head loss ............................................... . Problems 235 235 237 238 240 241 248 251 Chapter 12 Fluid power 254 254 255 257 257 258 261 12.1 Fluid power and head ..................................... . 12.2 Fluid power and pressure head .............................. . 12.3 Fluid power and head loss ................................. . 12.4 Efficiency of fluid machinery ............................... . 12.5 Bernoulli equation with fluid machinery ...................... . Problems Chapter 13 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 13.7 Forces developed by flowing fluids The impulse-momentum equation ........................... . Fluid jet striking a perpendicular flat surface ................... . Fluid jet striking an inclined flat surface ...................... . Fluid jet striking a curved surface ........................... . Fluid jet striking a moving surface ........................... . Fluid jet striking a series of moving surfaces ................... . Enclosed fluids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .... . Problems 266 266 268 269 271 273 274 276 279 Solutions to self-test problems 283 Appendixes 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Index 10 11 12 13 Principal symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 Principal equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 Approximate relative atomic and molecular masses of some elements 313 Specific heat capacity of some substances (medium-temperature range) 314 Pressure-height relationship. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 Characteristic gas constant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 Isothermal work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317 Polytropic pressure-volume-temperature relationships. . . . . . . . . . . . 318 Polytropic work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320 Adiabatic index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321 Carnot efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322 Otto-cycle efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324 Proof of Archimedes principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326 327 List of Tables 1.1 Typical energy uses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2 Significant energy-conversion processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.3 Typical energy-conversion efficiencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3.1 Some forms of energy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 5.1 Comparison summary of gas processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

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