© Copyright by Andrzej Tomczyński, 2025

© Copyright by Wydawnictwo Poligraf, 2025

Wszelkie prawa zastrzeżone.

Żaden fragment tekstu nie może być publikowany ani reprodukowany bez pisemnej zgody wydawcy i autora.

Skład i łamanie: Aleksandra Mikołajko, Wojciech Ławski

Projekt okładki: Aleksandra Mikołajko, Wojciech Ławski

Opieka redakcyjna: Klaudia Dróżdż

Redakcja: Lucyna Jachym

Korekta: Anna Kurzyca, Agnieszka Kwaterska

Konwersja do EPUB/MOBI: InkPad.pl

Książka wydana
w Systemie Wydawniczym Fortunet™

www.fortunet.eu

ISBN 978-83-8308-981-2

Wydawnictwo Poligraf

ul. Młyńska 38

55-093 Brzezia Łąka

tel. 71-344-56-35

www.WydawnictwoPoligraf.pl

Do pisania książek, a szczególnie takiej jako kolejnej i kończącej temat, przyczyniła się Elżbieta, moja żona – farmaceutka, właścicielka w Elblągu apteki NOVUM, której nie ma wśród nas już od ponad dwunastu lat, a wspominam Ją, ponieważ pamiętam, żeby stosować Jej oceny i rady, które wypowiadała w różnych okolicznościach, gdy wspólnie uczestniczyliśmy w jakichś wydarzeniach i właśnie wtedy moimi reakcjami prowokowałem Ją do tego.

W takich sytuacjach mówiła: Myślę, że trafnie to oceniasz lub dobrze odpowiadasz na te pytania itd., ale byłoby dobrze, gdybyś o tym informował większe grono, a nie tylko mnie, oraz że gdy rozpoczynasz jakieś działania, to powinieneś je skończyć przed rozpoczynaniem nowych, innych.

Więc teraz, gdyby było to możliwe, z całego serca podziękowałbym Ci, Elżuniu, za Twoje rady i oceny, ale też powiedziałbym Ci, że już bez Ciebie pomyślnie zakończyłem Twoje, Nasze sprawy zawodowe oraz że Nasze trudne sprawy rodzinne, które długo czekały na swoje rozwiązanie, też zakończyłem, w tym również to, że dalej aktywnie uczestniczę w innych trudnych Naszych sprawach rodzinnych, żeby i one pomyślnie skończyły się dla Naszych Dzieci.

Dodałbym do tego jeszcze i to, że niniejszą książkę piszę, żeby zademonstrować pragmatyzm mojego myślenia, który Elżuniu, też Ci się podobał, a dotyczy on potrzeby stosowania teorii w praktyce, oraz to, że właśnie dlatego powinno się teorię sumiennie poznawać w szkołach, przejmować ją od innych ludzi, gdy pojawiają się takie możliwości, a także, a może przede wszystkim, przez całe życie douczać się jej samemu i rozpoznawać, gdzie jeszcze można poprawić jej praktyczne stosowanie lub jeszcze ją zastosować i przy tym mieć zadowolenie, chociażby z przypuszczeń, że taką postawą można dodawać skrzydeł swoim bliskim oraz innym ludziom – też zapaleńcom, pasjonatom.

Dziękuję również mojej córce Izabeli, że mobilizuje mnie do pisania książek oraz że na bieżąco i z ochotą rozpoznaje termodynamiczną wiedzę, którą w nich rozpracowuję i opisuję praktyczne jej stosowanie – a przecież jest inżynierem ciężko pracującym w innej branży.

Wstęp

W niniejszej książce, tak jak w moich poprzednich [1] i [2], opisuję i przedstawiam na wykresach to, co obliczyłem w MS Excelu, a kończę w niej użyteczny termodynamiczny temat, będący jej tytułem, który zapowiedziałem w rozdziale 8 książki [2] – „Funkcje stanu gazu rzeczywistego i co dalej?”.

W rozdziale 10 książki [2] – „Podsumowanie” – napisałem, że najlepszym jej podsumowaniem jest „właśnie tabela 1a, będąca spóźnioną erratą i uzupełnieniem tabeli 1” z książki [3] – rys. W1, w książce [2].

Ponieważ książka [3] została wydana w 1968 roku i ustaliłem, że są w niej błędy i brakuje w niej kluczowych informacji, żeby zrozumieć przedstawione tam równania stanu gazu rzeczywistego, oraz że nikomu to nie przeszkadzało aż do 2023 roku (rok wydania książki [2]), więc przypuszczam, że można stwierdzić, że zająłem się teoretyczną termodynamiczną teorią, która być może teraz nikomu nie jest już potrzebna (?).

Dlatego dalej najpierw przytaczam cytaty zawierające informacje, które spowodowały, że za własne pieniądze zdecydowałem się publikować książki, których tematyką są teoretyczne zagadnienia termodynamiczne, o których z pewnością można powiedzieć, że w Polsce są to niszowe tematy techniczne, by później wyjaśnić, że według mnie publikowanie tej teoretycznej tematyki nie jest stratą pieniędzy i tym samym nie jest pozbawione sensu.

Cytaty z książki [4]:

1. (strony: 217 i 218 – skan oryginału, zob. zakładka „Zdj_Rys” w załączonym pliku „FunkcjEntrPow.xlsm”) W ostatnim kwartale „wieku turbiny cieplnej” zniknęły w Turbinowej Dolinie wytwórnie parowych „turbin akcyjnych” i pozostał tam konsekwentnie od zarania doskonalony przez BBC wzorzec Parsonsa. W sąsiednich Niemczech, w Stanach Zjednoczonych, a nawet w kolebce Parsonsa, Wielkiej Brytanii, ten proces zanikania przebiegał wolniej i dotrwał prawie do końca wieku. U naszego wschodniego wieloletniego opiekuna-nadzorcy rozwoju naszej techniki* „antyreakcyjne turbiny”, którymi i Polskę długo uszczęśliwiano, przetrwały tam nie tylko istnienie ZSRR, ale i przełom wieków.

* Dwa przykłady takiego nadzoru z działalności Politechniki Łódzkiej w obszarze turbin gazowych: 1) Po osiągnięciu przez, chyba pierwszą na kontynencie, prototypową gazową turbinę czołgową, budowaną na zlecenie polskich wojsk pancernych, mocy znamionowe,j na stanowisku laboratoryjnym KCMP-PŁ na Lublinku w Łodzi, została zerwana umowa bez podania przyczyn i zakazana kontynuacja wszelkich badań mimo wygospodarowania przez katedrę własnych środków na to. 2) Po zaprojektowaniu w KCMP-PŁ – kier. pracowni proj. mgr inż. Jan Krysiński, wykonaniu w WSK Rzeszów (zlecenie poparte przez Ministerstwo Spraw Wewnętrznych) i przebadaniu prototypu wyprodukowano próbną serię około 20 turbozespołów gaśniczych dla straży ogniowych i okrętów, po czym WSK Rzeszów otrzymała zakaz dalszego zajmowania się turbozespołami gaśniczymi, mimo że sprawdziły się już w kilku poważnych, do owego czasu niewykonalnych, operacjach.

2. (strona: 56 – skan oryginału, zob. zakładka „Zdj_Rys” w załączonym pliku „FunkcjEntrPow.xlsm”) W 1816 roku zdarzyła się rzecz zadziwiająca i retrospektywnie szokująca: został zgłoszony i opatentowany w Wielkiej Brytanii projekt maszyny tłokowej pracującej w obwodzie zamkniętym przy zewnętrznym ogrzewaniu gorącym powietrzem, spalinami lub innym nieskraplającym się gazem. Wynalazcą był Reverend Robert Stirling (ur. 1790), DD., of Cloag, Methwin, Pertshire (Rys. 01). Ukończył 26 lat…

3. (strony: 64 i 65 – skan oryginału, zob. zakładka „Zdj_Rys” w załączonym pliku „FunkcjEntrPow.xlsm”) W Ameryce trwała wojna secesyjna, w której szczególnie dla Północy istotne zadania spełniał transport wodny – potrzebne były szybkie statki transportowe dużej wyporności oraz okręty zdolne do ich ochrony i niszczenia przeciwników, tj. Południa. Do napędu ich kół łopatowych zastosowanie znalazły silniki Stirlinga w różnych wersjach.

W 1839 roku przybył z Anglii do Ameryki John Ericsson (1803–1889), Szwed urodzony w Vermeland 31 lipca 1803 roku (zmarł 11 marca 1889 w New Yorku). Już od wczesnej młodości z wielkim zapałem starał się on zrealizować ideę silnika powietrznego. W 1826 roku przeniósł się do Anglii i już w 1833 roku zbudował pierwszą swą maszynę różniącą się od silnika Stirlinga tym, że zrezygnował z nęcącego, nieabsorbującego energii mechanicznej, sprężania ogrzewaniem w stałej objętości. Zastosował on obieg zamknięty różniący się tym od obiegu Stirlinga, że izochory zostały zastąpione izobarami, a więc obieg z izobarycznym i izotermicznym ogrzewaniem i z izobarycznym i izotermicznym chłodzeniem. […]

Ważnym ewenementem było wodowanie 12 stycznia 1853 roku i wypłynięcie w rejs 15 lutego 1855 parowca nazwanego „Ericsson”, wyposażonego w łopatowe koła Ø 32 stopy i nowe wielkiej mocy 4 silniki Ericssona o niezwykłych na ówczesne czasy wymiarach. […]

4. (strona: 72 – skan oryginału, zob. zakładka „Zdj_Rys” w załączonym pliku „FunkcjEntrPow.xlsm”) Obieg termodynamiczny Ericssona zatriumfował po blisko stu latach w „Turbinowej Dolinie” w zupełnie innym wykonaniu w maszynach przepływowych, choć nie został jeszcze dotychczas w pełni wykorzystany w przetwarzaniu energii nuklearnej, nawet w obszarze szczególnie atrakcyjnym i bliskim inicjatorowi współczesnej marynarki wojennej, twórcy okrętów półpodwodnych Johnowi Ericssonowi, jak i twórcy XX-wiecznego Nautilusa i praktycznie niezawodnej nuklearnej floty podwodnej USA Hymanowi Rickoverowi ** (wywędrował w 1906 roku z rodzicami z Makowa Mazowieckiego, a nazwisko od osady Ryki ca 80 km dalej), także do napędu jednostek morskich.

Hobby Ericssona: wykorzystywanie promieniowania słonecznego do celów energetycznych jest ważnym członem wizji XXI wieku.

…

** Według Reagana „inżynier – realizator wszech czasów” – pomógł on w „wygraniu in statu nascendi” przez Ronalda Reagana grożącej światu naj- okrutniejszej wojny. Ricover przygotował wstępny wstrząs i cios moralny: Nautilus, przepłynąwszy pod lodami bieguna północnego, pojawił się na arktycznych granicach państwa sowieckiego; zakończył: cios informacyjny: dzieło przede wszystkim Kuklińskiego, też z Polski.

5. (strona: 236 – skan oryginału, zob. zakładka „Zdj_Rys” w załączonym pliku „FunkcjEntrPow.xlsm”)

5.3. Stirling i Ericsson w XXI wieku

W ostatnim kwartale XX wieku triumfowały obok zasilanych ciepłem spalania procesów parowych w strefie dużych i największych mocy procesy ogrzewane bezpośrednim spalaniem tak w stałej objętości, jak i w płynącym powietrzu w strefie od najmniejszych do nawet dużych mocy. Zagubiły się natomiast zasilane ciepłem zewnętrznym procesy gazowe, w tym przede wszystkim powietrzne. Tak więc u zmierzchu „wieku turbiny cieplnej” brak było „na rynku” „potomków” pastora Stirlinga i generała Ericssona, którzy tak wielką rolę odegrali w wojnie secesyjnej w XIX wieku.

Doszliśmy do wniosku, że domeną izochoryczno-izotermicznego obiegu Stirlinga pracującego w zamykającym się obwodzie są zastosowania w zakresie niewielkich mocy silników objętościowych, a ich atrakcyjną cechą, absolutnie wyróżniającą, jest autostart, tzn. samouruchamianie cieplne, a termodynamiczną złośliwością, nieodłącznie towarzyszącą wymianie ciepła, jest ciągła zmiana ciśnienia między najwyższą i najniższą jego wartością w obiegu.

Natomiast domeną izobarycznie-izotermicznego obiegu Ericssona mogą być zastosowania w silnikach wielkich mocy – tak jak on to sobie wymarzył. Z tym że realność tej zalety ujawnili dopiero w połowie XX wieku Ackert i Keller maszyną przepływową: turbiną powietrzną o zamkniętym obwodzie przepływu. Pokazano również szansę realizacji nawet gigawatowych maszyn stosunkowo niewielkich rozmiarów w wyniku zwiększenia gęstości masy gazu podwyższaniem poziomu średniego ciśnienia obiegu termodynamicznego, np. doładowywaniem sprężonego gazu do zamkniętego obwodu przepływu.

Otóż nad realizacją maszyny Stirlinga pracowało i pracuje nadal w XXI wieku wielu zapaleńców. Turbina Ackerta–Kellera realizująca i ujawniająca wielkie zalety obiegu Ericssona wydaje się nadal maszyną mającą świetlaną przyszłość w różnych dziedzinach techniki, a szczególnie w obszarze wielkich mocy jednostkowych, jeszcze dotychczas nieosiągniętych w energetyce i napędach nuklearnych.

Cytaty z hasła [5]:

1. (skan oryginału i link do hasła, zob. zakładka „Zdj_Rys” w załączonym pliku „FunkcjEntrPow.xlsm”)

Turbina gazowa w czołgu? Radzieccy konstruktorzy odkryli jej zalety

Silniki wysokoprężne są niezwykle popularne w przypadku czołgów. Popularne nie oznacza jednak, że zdecydowanie dominujące. Bo nie brakuje konstrukcji, które nie postawiły na diesla, ale na… turbinę gazową znaną m.in. z helikopterów. Dobrym przykładem jest pamiętający końcówkę lat 60. i ZSRR czołg T-80 (który m.in. jest wykorzystywany przez Rosję na Ukrainie). Napęd pojazdu składa się z trzywałowej turbiny posiadającej dwie mechaniczne sprężarki i jedną turbinę swobodną. I co więcej, powstał w układzie power-pack. Tworzy ze wszystkimi układami monoblok, który ułatwia demontaż w razie awarii w warunkach bojowych.

Turbina gazowa zastosowana w czołgu przynosi wojskowym trzy korzyści. Po pierwsze, ma naprawdę ogromną moc. W zależności od wariantu T-80 oferuje 1000 lub 1200 koni mechanicznych. Po drugie, turbinę gazową można zasilać praktycznie dowolnym paliwem ciekłym – a nie tylko olejem napędowym. Po trzecie, taki napęd oferuje wyśmienite osiągi, a do tego nie ma podstawowej przywary silnika wysokoprężnego – nie ma problemu z rozruchem w sytuacji, w której na dworze panuje mróz. Warto jednak pamiętać o tym, że nie wszystkie czołgi T-80 są napędzane turbiną gazową. Dla przykładu wariant T-80UD korzysta z napędu silnika Diesla.

2. (skan oryginału, zob. zakładka „Zdj_Rys” w załączonym pliku „FunkcjEntrPow.xlsm”)

Turbiną gazową napędzany jest też amerykański Abrams

Z czołgów napędzanych turbiną gazową korzystali oczywiście nie tylko wojskowi radzieccy czy teraz także rosyjscy. Technologia skradła też serce… Amerykanów! Podobną technologię wykorzystuje czołg M1 Abrams – czołg, który niedawno zamówili także Polacy. Turbina zastosowana w Abramsie ma 1500 koni mocy, a do tego 4 biegi w przód i 2 w tył. Na drodze utwardzonej czołg może osiągnąć prędkość nawet 67 km/h, a w terenie 48 km/h. I tak ustawione ograniczenia nie wynikają jednak z blokad wydajnościowych, ale bezpieczeństwa. Bez ograniczników czołg byłby w stanie pojechać dużo szybciej.

Cytaty z hasła [6]:

1. (skan oryginału i link do hasła, zob. zakładka „Zdj_Rys” w załączonym pliku „FunkcjEntrPow.xlsm”) Potężna to za mało powiedziane. Ta turbina zasili 10 000 gospodarstw domowych, choć zmieści się pod biurkiem.

Jak wielki potencjał drzemie w sposobie wytwarzania energii elektrycznej przy użyciu dwutlenku węgla w stanie nadkrytycznym? Zdradza to nowa turbina, która zwiastuje wielką rewolucję. […]

Turbina na sCO₂ może zmienić oblicze energetyki światowej

Energia elektryczna jest jedną z najważniejszych i najpowszechniej wykorzystywanych form energii na świecie. Jednak większość energii elektrycznej, z której obecnie korzystamy, jest wytwarzana poprzez spalanie paliw kopalnych, co przyczynia się do zanieczyszczenia środowiska i do globalnego ocieplenia. Dlatego też znalezienie alternatywnych i czystszych sposobów wytwarzania energii elektrycznej jest koniecznością, choć stanowi to ogromne wyzwanie. O elektrowniach słonecznych i wiatrowych słyszeliśmy już wielokrotnie, więc co powiecie na potencjał drzemiący w dwutlenku węgla w stanie nadkrytycznym (sCO₂) jako płynu roboczego do napędzania turbin wytwarzających energię elektryczną?

2. (skan oryginału, zob. zakładka „Zdj_Rys” w załączonym pliku „FunkcjEntrPow.xlsm”) sCO₂ to stan materii, który występuje, gdy dwutlenek węgla jest podgrzewany i poddawany ciśnieniu powyżej jego punktu krytycznego, który wynosi około 31 °C i 73 barów. W tym stanie sCO₂ ma właściwości zarówno gazu, jak i cieczy, co czyni go idealnym medium do przenoszenia ciepła i mocy. Taki stan CO₂ ma kilka zalet w porównaniu do konwencjonalnej pary jako medium termicznego, bo sCO₂ ma lepszą charakterystykę przenoszenia ciepła, co oznacza, że może osiągać wyższe temperatury i ciśnienia przy mniejszych stratach energii. Dodatkowo sCO₂ ma mniejszą pracę sprężania, co oznacza, że wymaga mniejszej mocy mechanicznej do sprężania i rozprężania, a gdyby tego było mało, może pracować w obiegu zamkniętym, co oznacza, że może być poddawany recyklingowi i ponownie wykorzystywany bez uwalniania jakichkolwiek emisji do atmosfery.

Wykorzystanie sCO₂ jako płynu roboczego może znacznie poprawić sprawność i wydajność systemów wytwarzania energii. Przykładowo, typowa turbina parowa pracuje z około 40% sprawnością, podczas gdy turbina sCO₂ może osiągnąć nawet 50% sprawność. Co więcej, turbina sCO₂ może być znacznie mniejsza i lżejsza niż turbina parowa, zmniejszając koszty i wymagania przestrzenne elektrowni, a do tego może być zasilana różnymi źródłami ciepła, takimi jak skoncentrowana energia słoneczna (CSP), energia jądrowa lub przemysłowe ciepło odpadowe.

3. (skan oryginału, zob. zakładka „Zdj_Rys” w załączonym pliku „FunkcjEntrPow.xlsm”) Jednym z najbardziej ambitnych projektów, który ma na celu zademonstrowanie wykonalności i potencjału technologii sCO₂, jest pilotażowa elektrownia demonstracyjna STEP (Supercritical Transformational Electric Power). Ta instalacja pilotażowa to projekt o wartości 155 milionów dolarów finansowany przez Departament Energii Stanów Zjednoczonych i prowadzony przez Southwest Research Institute (SwRI), GTI Energy, GE Vernova (GE) i innych partnerów, który zostanie zrealizowany w Teksasie.

Instalacja pilotażowa STEP Demo składa się z turbiny sCO₂ wielkości biurka. Taka turbina może wyprodukować 10 MW mocy, wystarczającej do zasilenia 10 000 domów. Została ona zaprojektowana do pracy w temperaturze powyżej 700 °C i ciśnieniu powyżej 200 barów, a jej źródłem ciepła dla turbiny jest system CSP, który wykorzystuje lustra do koncentrowania światła słonecznego na odbiorniku, który podgrzewa stopioną sól. Stopiona sól przekazuje następnie ciepło do pętli sCO₂, która napędza turbinę. Pilotażowa instalacja STEP Demo zaczęła powstawać w 2018 roku, a na początku tego roku osiągnęła pierwszą pracę sprężarki z CO₂ w warunkach nadkrytycznych. Uruchomienie instalacji będzie kontynuowane na początku przyszłego roku. Projekt ma na celu walidację wydajności, niezawodności i skalowalności technologii sCO₂ dla przyszłych zastosowań komercyjnych.

Cytaty z hasła [7]:

1. (skan oryginału i link do hasła, zob. zakładka „Zdj_Rys” w załączonym pliku „FunkcjEntrPow.xlsm”)

The International Association for the Properties of Water and Steam

NOW AVAILABLE: Abstract submission and information on the 18th International Conference on the Properties of Water and Steam to be held in Boulder, Colorado, June 23–28, 2024.

IAPWS is an international non-profit association of national organizations concerned with the properties of water and steam, particularly thermophysical properties, cycle chemistry guidelines, and other aspects of high-temperature steam, water and aqueous mixtures relevant to thermal power cycles and other industrial and scientific applications. IAPWS objectives are […].

Current Members are Australia, Britain and Ireland, Canada, the Czech Republic, Germany and Switzerland, Japan, New Zealand, Russia (Suspended), Scandinavia (Denmark, Finland, Norway, Sweden), and the United States, plus Associate Members Argentina & Brazil, China, Egypt, France, Greece, India, and Italy. […]

This page updated September 25, 2023

Cytaty z hasła [8]:

1. skan oryginału i link do hasła, zob. zakładka „Zdj_Rys” w załączonym pliku „FunkcjEntrPow.xlsm”)

[…]

Zittau/Goerlitz University of Applied Sciences

Faculty of Mechanical Engineering

Email: hj.kretzschmar@hszg.de

Websites:

technical-thermodynamics.de

[…]

Ruhr University of Bochum

Chair of Thermodynamics

Email: wolfgang.wagner@thermo.rub.de

Website:

thermo.ruhr-uni-bochum.de/thermo/wagner

Cytaty z hasła [9]:

1. (skan oryginału i link do hasła, zob. zakładka „Zdj_Rys” w załączonym pliku „FunkcjEntrPow.xlsm”)

Obecne reaktory są chłodzone wodą i potrzebują uranu 235, a uran naturalny składa się z 2 izotopów – 238 i 235. Uranu 238 jest 99%, a w paliwie potrzeba, żeby było ponad 3% uranu 235. Jądrowe elektrownie wodne korzystają jedynie z uranu 235, skutkiem tego idea wzbogacania uranu, czyli żeby zrobić 7%, 3% albo 5%. To jest paliwo i w związku z tym są odpady radioaktywne, które są wielkim problemem, bo one zawierają przede wszystkim uran 238.

Zawsze daję przykład taki, że to jest tak, jakby ktoś do kominka włożył kloc drzewa i po spaleniu kory resztę wyrzucił, i tak my teraz podchodzimy do tego, ponieważ nie wiemy, jak spalać właściwe drzewo. Stąd teraz trzeba zacząć spalać właściwe drzewo i są takie technologie, czyli to, że chłodziwem nie jest woda, tylko cięższe coś, na przykład ołów, a wtedy neutrony, które są uwalniane w reakcjach, pozwalają na rozpad również uranu 238 i nie ma wtedy problemu z odpadami radioaktywnymi i tym głównym – plutonem, który ma półokres rozpadu 24 000 lat, tj. mamy wystarczająco długo życiowy problem, żeby była geologiczna obojętność.

Stąd, jeżeli spowodujemy, że wyciągniemy te beczki i zaczniemy spalać odpady radioaktywne, a w tych jądrowych procesach neutralnych wszystko się spala – i uran, i tor, którego jest jeszcze więcej niż uranu i plutonu, to gdybyśmy w tym kierunku poszli i na to przeznaczyli gros pieniędzy, to byśmy mieli rozwiązany problem, z jednej strony oczyszczania planety z odpadów radioaktywnych, a z drugiej niesłychanie tanią energię.

Otóż są technologie, które są laboratoryjnie proponowane i znane, które używają innego chłodziwa, i one nawet były już obecnie zbudowane – na przykład Francuzi mieli Pxenix i Super Phoenix, który był chłodzony sodem i on używa również uranu 238. […]

Polscy naukowcy nad tym pracują razem z niemieckimi. W Niemczech zawieszono wszystkie badania nad taką technologią jądrową, a w związku z tym tłumaczy się to tak, że są różne wpływy, które znamy, i wpływy w innych miejscach również, plus pewne przekonania. […]

W bloku energetycznym stosowanie takiej technologii jądrowej to jest zamiana kotła, który dodaje produkcję wodoru i to jest niestandardowe, a reszta jest standardowym turbozespołem.

Uwaga: cytaty z powyższego hasła powstały z tekstu, który zapisałem w MS Word z zastosowaniem zapisu przez dyktafon i później ten tekst został przeze mnie zredagowany, z zamysłem, żeby poprawić w nim różne niedoskonałości wymowy towarzyszące wypowiedziom, ale nie zmienić ich sensu – tutaj tego, co powiedział Pan prof. Krzysztof Meissner (link uruchamiający nagrany film, żeby posłuchać oryginalną rozmowę – zob. Literatura [9]).

Teraz stwierdzam, że powyższe cytaty z książki [4] i haseł [5]–[9] wybrałem w celu pokazania, że rozpracowywanie i publikowanie przeze mnie teoretycznych tematów termodynamicznych nie jest pozbawione sensu z uwagi na to, że umożliwia dociekliwym ludziom poznanie zmagań umysłowych innych dociekliwych ludzi, którzy przyczynili się do zaprojektowania maszyn energetycznych, które powstały i ciągle są odtwarzane jako udoskonalane, ponieważ znamy mankamenty tych maszyn, wynikające z ich produkowania i eksploatacji, a także zwracam uwagę na to, że z powodu rozwoju teorii, żeby dokładniej obliczać projektowe parametry techniczne, które w eksploatacji powinny być osiągane.

Celowo użyłem określenia „dociekliwi ludzie” (inni nazywają ich egocen- trykami), żeby nie od razu stwierdzić, że są to „naukowcy”, ponieważ wiado- mo, że właśnie tacy ludzie, ale dopiero w sprzyjających im okolicznościach stają się naukowcami.

Stąd rozpocząłem i skończyłem cytatami [4], [9], w których jest też mowa o okolicznościach, a te określonym naukowcom nie sprzyjały i nie sprzyjają, oraz przywołałem cytat [5], z którego wynika, że były okoliczności, które innym naukowcom z tej samej branży sprzyjały – powstały turbiny gazowe będące napędami czołgów.

Myślę, że były i mogą być i inne okoliczności, które nie pozwalają lub które uniemożliwiają egocentrykom (znowu, niektórzy nazywają ich zapaleńcami) być zadowolonymi ze swoich osiągnięć lub dociekań.

O tych pierwszych zapaleńcach można powiedzieć, że za wcześnie się urodzili, a mam tu na myśli pastora Roberta Stirlinga i generała Johna Ericssona, ponieważ wymyślili swoje genialne silniki, ale z pewnością byli niezadowoleni z tego, że parametry eksploatacyjne ich silników znacząco różniły się od tych, jakie oni szacowali, że będą osiągane. Użyłem słowa „szacowali”, a nie „obliczali”, ponieważ wykonywanie wówczas obliczeń termodynamicznych zamiany ciepła na pracę, które to procesy realizowane są w tych genialnych silnikach, było wtedy niemożliwe – nieznane było pojęcie entropii (pojęcie entropii wprowadził niemiecki uczony Rudolf Clausius, rozpoczynając w 1850 roku od publikowania szesnastu dużych prac naukowych dotyczących teorii ciepła).

Natomiast o tych drugich zapaleńcach, do których siebie zaliczam, można powiedzieć, że w swoich dociekaniach dochodzą do wniosku, że powinni zastosować jakąś teorię lub narzędzia obliczeniowe mające do niej odniesienie, a te dla nich są niedostępne.

Właśnie książka [4] spowodowała, że zacząłem zastanawiać się, co właściwie „przyśniło się” pastorowi Robertowi Stirlingowi, że wymyślił i opatentował swój genialny silnik oraz że z pewnością w dzisiejszych czasach, w odniesieniu do jego silnika, już możliwe jest wykonanie termodynamicznych obliczeń projektowych zamiany ciepła na pracę, i to dlatego takie silniki stosowane są np. w szwedzkich łodziach podwodnych.

Postanowiłem więc takie obliczenia zrobić i szybko ustaliłem, że sam muszę sobie wykonać potrzebne do tego termodynamiczne narzędzie, tj. funkcje entropowe powietrza, którym to czynnikiem (medium) postanowiłem napełnić przyjęty przeze mnie model obliczeniowy silnika Stirlinga.

Takie obliczenia wykonałem i postanowiłem poczynić starania, żeby je opublikować jako książkę naukową [1], a że nie jestem naukowcem, muszę dodać, że to wymagało dodatkowego mojego angażowania się w różne sprawy formalne to umożliwiające, w tym też i takie, żeby ta książka mogła być opublikowana jako „wykład” (może w nim być przedstawiana hipoteza), a nie jako „monografia” (praca naukowa omawiająca jakieś zagadnienie w sposób wyczerpujący. Zebranie i omówienie wszystkich dostępnych informacji dotyczących bezpośrednio danego zagadnienia).

Myślę, że w Wydawnictwie PŁ słusznie zdecydowano, że moja książka [1] może być opublikowana jako „wykład”, ponieważ to, co obliczyłem, powinno być doświadczalnie sprawdzone – szczególnie dotyczy to przyjęcia przeze mnie założeń potrzebnych do obliczania ilości ciepeł wymienianych w cylindrze gorącym i cylindrze zimnym silnika Stirlinga. Uzupełnię to tym, że moje obliczenia na pewno udowodniły, że silnik Stirlinga działa dlatego, że w tym samym czasie w temperaturze wyższej (w gorącym cylindrze silnika) wymieniane jest więcej ciepła niż w temperaturze niższej (w zimnym cylindrze silnika).

Stąd przypuszczam, że pastor Robert Stirling dostrzegł to w naturze, a mia- nowicie, że szybciej zamarza ciepła woda niż zimna woda (obecnie zjawisko to jest znane jako efekt Mpemby) i następnie jakoś sprawdził, że dotyczy to także gazów, które mają prężność, a to z kolei powoduje, że pod tym samym ciśnieniem te same ilości gazu zajmują różne objętości, gdy w nich temperatury tego gazu są różne, i tym samym może to powodować wykonanie pracy (p*V) – myślę, że jest to dobre wyjaśnienie tego, co konkretnie „przyśniło się” pastorowi Robertowi Stirlingowi.

Podczas angażowania się w różne sprawy formalne związane z opublikowaniem [1] upewniłem się w przekonaniu, że być może powodem potrzeby pokonywania przeze mnie różnych przeszkód było też to, że polskie uczelnie nie tylko nie zajmują się teorią silników Stirlinga, jeżeli nie bierze się pod uwagę jednej z ostatnich książek prof. W.R. Gundlacha (CMP PŁ) [2], ale również to, że od 1968 roku polskie uczelnie też nie zajmują się teorią i udostępnianiem narzędzi inżynierskich potrzebnych do wykonywania projektowych obliczeń cieplnych maszyn i urządzeń przepływowych, tj. kiedyś wykresów „s-i”, a obecnie funkcji entropowych mediów stosowanych do projektowania tych maszyn i urządzeń.

Stąd powyżej przedstawiłem cytaty z haseł [7] i [8], które dotyczą wody i pary wodnej, ale i cytaty z haseł [6] i [9], informujące o tym, że obecnie projektuje się lub „myśli się” o projektowaniu maszyn energetycznych, w których zastosowane będą inne media, np. dwutlenek węgla, sód, ołów, i to jako ciecze, pary i gazy.

Mając na uwadze powyższe oraz książkę [3], przypuszczam, że i przed 1968 rokiem w polskich uniwersytetach nie było katedr termodynamiki stosowanej (przemysłowej) i z tego powodu prof. W.R. Gundlach musiał jakoś zmobilizować polskich uniwersyteckich fizyków, że powstała i została opublikowana wspomniana książka [3], która oprócz wykresów „s-i” („entropia–entalpia”), dotyczących powietrza suchego i spalin, zawiera również prawie kompletne teoretyczne informacje z termodynamiki gazów, umożliwiające zrobienie sobie samemu takich wykresów (w innych krajach uniwersyteckie katedry termodynamiki stosowanej (przemysłowej) tego nie praktykują).

Natomiast z cytatów 1 i 5 z książki [4] wynika, że maszyny energetyczne dużych mocy objęte są mecenatem państw, a maszynami (silnikami) energetycznymi małej mocy zajmowali się i będą się zajmować zapaleńcy. Można się o tym przekonać, wpisując do wyszukiwarki w internecie hasło „silnik Stirlinga”, i zobaczyć m.in. filmiki, które demonstrują, że miniaturowy silnik Stirlinga napędza świeczka i to powoduje, że otoczenie, w którym pracuje ten silnik, może jeszcze lepiej oświetlać dioda, lub że tak można naładować telefon komórkowy.

Myślę, że wielu ludzi oglądających takie filmiki staje się zapaleńcami silnika Stirlinga i snują sobie plany, co zrobić, żeby takie silniki były zastosowane do jeszcze czegoś więcej, ale też myślę, że niewielu z tych ludzi zdaje sobie sprawę z tego, że mamy tu do czynienia z prawami fizyki, które też dotyczą silników i maszyn energetycznych dużych mocy, które jakoś tam objęte są mecenatami przez państwa, a to „jakoś tam” ocenić można m. in. po programach szkolnictwa średniego i wyższego, jakie realizowane są w tych państwach – wyżej już trochę o tym napisałem i pokazałem.

Należy również mieć świadomość, że produkt, w tym przypadku silnik czy maszyna energetyczna, żeby oddany został do eksploatacji, to w największym uproszczeniu można stwierdzić, że wcześniej zrealizowano proces inżynierski jego dotyczący, który składa się z dwóch etapów, tj. projektowania i produkowania.

Znowu w największym uproszczeniu można skonstatować, że etap projektowania, w tym przypadku maszyny energetycznej, kończy wykonanie dokumentów, które:

udowadniają, i są to głównie obliczenia termodynamiczne, że określone parametry eksploatacyjne będą dlatego odtwarzane, że są odpowiednio zaprojektowane elementy tej maszyny – a są to dane do obliczeń, np. układu przepływowego (geometria łopatek);

określają, z czego mają być zrobione elementy tej maszyny, jak one mają wyglądać i jak ma wyglądać ta maszyna. Są to rysunki techniczne wykonane z zamysłem, aby maszyna energetyczna była jednoznacznie inżyniersko zdefiniowana, ale niekoniecznie tak, żeby wprost z tej dokumentacji można było ją wyprodukować.

Na etapie produkowania, a właściwie na etapie przygotowania do produkcji wykonuje się tzw. dokumentację konstrukcyjno-warsztatową, uwzględniającą możliwości produkcyjne, np. własny lub w kooperacji park maszynowy, oraz warunki dotyczące jej montażu, a także wykonania chociażby jej próby ruchowej (uproszczonej eksploatacyjnej).

Oczywiście wyżej opisany proces inżynierski, poprzedzający produkcję wyrobów, jest o wiele bardziej skomplikowany, ale w przypadku maszyn energetycznych, które są eksploatowane we wszystkich krajach, można powiedzieć, że tylko w nielicznych państwach realizowany jest etap ich projektowania i jego wyniki jako licencja sprzedawane są innym krajom. Oczywiście to, czy gotowy wyrób wyprodukowany na licencji w jednym kraju może być sprzedawany do innego kraju, jest uwarunkowane różnymi zapisami w licencji – również wynika to z cytatu 1, książka [4]. (Szwajcarska firma ABB sprzedała Polsce, jako jedynemu krajowi ze wschodniego bloku państw, w 1973 roku licencję na produkowanie i ewentualne dostarczanie do określonych krajów reakcyjnej turbiny energetycznej (Parsonsa) 18K360 MW. Stąd elbląski ZAMECH poszukiwał inżynierów energetyków i to spowodowało, że w Łodzi Pełnomocnik Rządu ds. Zatrudnienia zgodził się, żebym po ukończeniu studiów w PŁ podjął pracę w tym zakładzie. Stąd od grudnia 1975 roku pracowałem w ZAMECH-u).

Wracając do obliczeń termodynamicznych maszyn energetycznych wyko- nywanych na etapie ich projektowania, powtórzę jeszcze raz to, co już napisałem wyżej, a mianowicie, że do wykonywania takich obliczeń potrzebne są projektowe narzędzia inżynierskie, tj. kiedyś wykresy lub tabele „s-i”, a obecnie funkcje entropowe mediów stosowanych w tych maszynach i urządzeniach.

Z cytatów haseł [7], [8] wynika, że teorię dotyczącą równań, z których należy obliczać parametry termodynamiczne wody i pary wodnej, normalizuje międzynarodowa organizacja IAPWS i że publikatory tej organizacji są bezpłatne, natomiast za wykonane projektowe narzędzia inżynierskie, o których mowa, mające odniesienie do tychże publikatorów IAPWS, jeżeli ktoś chce ich używać, to musi je kupić.

Jeszcze zwrócę uwagę na to, że takie projektowe narzędzia inżynierskie wykonują w różnych krajach uniwersyteckie katedry termodynamiki stosowanej (przemysłowej) lub naukowi zapaleńcy wywodzący się z uniwersytetów.

To ostatnie stwierdzenie jest moim przypuszczeniem, ponieważ jako inżynier oceniam, że wykonywanie termodynamicznych narzędzi inżynierskich odbywa się „uniwersytecką metodą”, inną niż ta, jaką stosuje się w obliczeniach inżynierskich, i polega ona na tym, że do wdrażania jakiejś termodynamicznej teorii, którą wyraża jakieś równanie, należy znaleźć metodę, żeby to równanie rozwiązać, a wtedy wynik tego rozwiązania określa, co ta teoria ustala, tak więc można powiedzieć, że na etapie uniwersyteckich obliczeń teoria znika i potem mamy do czynienia już tylko z matematyką.

Myślę, że uważny inżynier książki [2] też powyższe stwierdzenia zauważył, i jak do tego dodam, że w niniejszej książce będzie to jeszcze bardziej widoczne, to teraz myślę, że taki inżynier stwierdzi, że działam nie w swojej, bo nie w inżynierskiej branży, i oczywiście ma on rację.

Muszę więc teraz znowu przypomnieć, że jak postanowiłem napisać książkę [1], to musiałem sobie zrobić funkcje entropowe powietrza, żeby przekonać się, czy potrafię wykonać projektowe obliczenia termodynamiczne silnika Stirlinga. W czasie wykonywania tych obliczeń zacząłem myśleć o tym, że w moim przypadku byłoby dobrze, gdyby tak zrobione funkcje entropowe sięgały do niższych temperatur, niż jest to na wykresie „s-i” dla powietrza suchego w książce [2], która była odniesieniem do wykonanych przeze mnie funkcji entropowych. Stąd moje wstępne dociekania tego dotyczące opisałem w książce [2], a w niniejszej książce będę je kończył i zrobię to tak, żeby uzupełnić teorię termodynamiki gazów podaną w książce [3] o przedstawienie metod matematycznych, jakie powinno się stosować do wykonania funkcji entropowych lepszych niż te, które już wykonałem i które mogłyby współgrać również z równaniami stanu gazu rzeczywistego innymi niż równanie Berthelota B2, oraz żeby mogły być stosowane do innych gazów rzeczywistych niż powietrze.

Powyżej więc opisałem to, co powodowało, że jako kiedyś mgr inżynier cieplnych maszyn przepływowych, a teraz zapaleniec silnika Stirlinga musia- łem się „przepoczwarzyć” w „mgra fizyki – termodynamiki stosowanej (prze- mysłowej)”.

W książce [2] tak to opisałem: informuję, że w niniejszej książce będę używał określeń „filozoficznych” oraz chyba dotyczących „teorii”, a mianowicie, być może trochę dziwnego, „teoria jako taka” („jako taka” będę pomijał) i „teoria dotycząca praktyki”.

W tym, co napisałem powyżej, najbardziej istotne jest to, że postanowiłem identyfikować określone termiczne konkrety, opisując kolejne równania stanu gazu rzeczywistego, i pokazywać je na wykresach, czyli pisać i pokazywać ter- miczny „kryminał”. Użyłem takiego porównania, ponieważ wszystko wyjaśni się dopiero na końcu książki.

Mam świadomość, że nie wszyscy lubią kryminały i takie podejście do naukowych teorii. Stąd z góry przepraszam naukowców i tych czytelników, którzy nie lubią kryminałów – mogą, jeżeli zechcą, korzystać tylko z funkcji obliczeń…, które wykonałem nie tylko na potrzeby tej książki. Pozostałym czytelnikom życzę dobrej intelektualno-inżynierskiej „zabawy”.

Jednocześnie muszę dodać, że tak jak nie od razu ustanowiono najlepsze równanie stanu gazu rzeczywistego, tak z pewnością niniejsza książka też powinna być poprawiana i uzupełniana, słowem – modyfikowana, i byłoby dobrze, żeby na to mieli wpływ jej czytelnicy, w tym użytkownicy termicznych funkcji równań stanu gazu rzeczywistego, tj. zapaleńcy-teoretycy tacy jak ja […].

Prawdę mówiąc, mogłem powyższy cytat zredagować, żeby odnosił się do niniejszej książki, ale myślę, że wtedy zagubiłoby się to, że jest to kontynuacja nietypowych dla inżyniera teoretycznych rozważań termodynamicznych, które od jakiegoś czasu publikuję, oraz że to, co napiszę dalej o planach odnoszących się do niniejszej książki umożliwi czytelnikom zredagowanie sobie samemu tego tekstu, oczywiście, jeżeli będą mieli taką potrzebę.

Tak więc niniejsza książka to moje zapisane rozważania, jak poprawić funkcje entropowe powietrza, które wykonałem na potrzeby napisania książki [1], kończące się i tym razem plikiem w MS® Excelu, umożliwiającym czytelnikom korzystanie z tych nowych funkcji.