Перейти на главную страницу
Поиск по сайту

Теоретические основы теплотехники лекции

Техническая термодинамика Тема 1. Основные понятия и определения. Теплота используется во всех областях деятельности теоретические основы теплотехники лекции. Для установления наиболее рациональных способов его использования, анализа экономичности рабочих процессов тепловых установок и создания теоретические основы теплотехники лекции, наиболее совершенных типов тепловых агрегатов необходима разработка теоретических основ теплотехники. Различают два принципиально различных направления использования теплоты — энергетическое и технологическое. При энергетическом использовании, теплота преобразуется в механическую работу, с помощью которой в генераторах создается электрическая энергия, удобная для передачи на расстояние. Теплоту при этом получают сжиганием топлива в котельных установках или непосредственно в двигателях внутреннего сгорания. При технологическом - теплота используется для направленного изменения свойств различных тел расплавления, затвердевания, изменения структуры, механических, физических, химических теоретические основы теплотехники лекции. Количество производимых и потребляемых энергоресурсов огромно. Такими теоретическими разделами являются техническая термодинамика и основы теории теплообмена, в которых исследуются законы превращения и свойства тепловой энергии и процессы распространения теплоты. Теоретические основы теплотехники лекции курс является общетехнической дисциплиной при подготовке специалистов технической специальности. Она устанавливает взаимосвязь между тепловыми, теоретические основы теплотехники лекции и химическими процессами, которые совершаются в тепловых и холодильных машинах, изучает процессы, происходящие в газах и парах, а также свойства этих тел при различных физических условиях. Термодинамика базируется на двух основных законах началах термодинамики: I закон термодинамики - закон превращения и сохранения энергии; II закон термодинамики — устанавливает условия протекания и направленность макроскопических процессов в системах, состоящих из большого количества частиц. Объектом исследования является термодинамическая система, которой могут быть группа тел, тело или часть тела. То что находится вне системы называется окружающей средой. Адиабатная теплоизолированная система — система имеет адиабатную оболочку, которая исключает обмен теплотой теплообмен с окружающей средой. Однородная система — система, имеющая во всех своих частях одинаковый состав и физические свойства. Гомогенная система — однородная система по составу и физическому строению, внутри которой нет поверхностей раздела лед, вода, газы. Гетерогенная система — система, состоящая из нескольких гомогенных частей фаз с теоретические основы теплотехники лекции физическими свойствами, отделенных одна от другой видимыми поверхностями раздела лед и вода, вода и пар. В тепловых машинах двигателях механическая работа совершается с помощью рабочих тел — газ, пар. Величины, которые характеризуют физическое состояние тела называются термодинамическими параметрами состояния. Такими параметрами являются удельный объем, теоретические основы теплотехники лекции давление, абсолютная температура, теоретические основы теплотехники лекции энергия, энтальпия, энтропия, концентрация, теплоемкость и т. При отсутствии внешних силовых полей гравитационного, электромагнитного и др. Удельный объем — величина, определяемая отношением объема вещества к его массе. Давление — с точки зрения молекулярно-кинетической теории есть средний результат ударов молекул газа, находящихся в непрерывном хаотическом движении, о стенку сосуда, в котором заключен теоретические основы теплотехники лекции. Различают избыточное и абсолютное давление. Избыточное давление Р и — разность между давлением жидкости или газа и давлением окружающей среды. Абсолютное давление Р — давление отсчитываемое от абсолютного нуля давления или от абсолютного вакуума. Абсолютное давление определяется: 1. При давлении сосуда больше атмосферного: где Р теоретические основы теплотехники лекции — теоретические основы теплотехники лекции давление; Р в — давление вакуума. Теоретические основы теплотехники лекции — характеризует степень нагретости тел, представляет теоретические основы теплотехники лекции меру средней кинетической энергии поступательного движения его молекул. Чем больше средняя скорость движения, тем вышетемпература тела. Если процес проходит через равновесные состояния, то он называется равновесным. В реальных случаях все процессы являются неравновесными. Такими параметрами являются внутренняя энергия, энтальпия, энтропия и т. Интенсивные параметры — это параметры не зависящие от массы системы давление, температура. Аддитивные экстенсивные параметры — параметры, значения которых пропорциональны массе системы Объем, энергия, энтропия и т. Передача энергии от одного тела к другому происходит двумя способами. При этом энергия передается от более нагретого к менее нагретому. Для передачи энергии теоретические основы теплотехники лекции способом тело должно либо передвигаться в силовом поле, либо изменять свой объем под действием внешнего давления, То есть передачи энергии происходит при условии перемещения всего тела или его части в пространстве. Количество энергии, полученное телом в форме работы называется работой совершенной над телом, а отданную энергию — затраченной телом работой. Количество теплоты, полученное отданное телом и работа, совершенная теоретические основы теплотехники лекции над телом, зависят от условий перехода тела из начального состояния в конечное, т. В общем случае внутренней энергией называется совокупность всех видов энергий, заключенной в теле или системе тел. Эту энергию можно представить как сумму отдельных видов энергий: кинетической энергии молекул поступательного и вращательного движения молекул ; колебательного движения атомов в самой молекуле; энергии электронов; внутриядерной энергии; энергии взаимодействия между ядром молекулы и электронами; потенциальной энергии молекул. В технической термодинамике рассматриваются только такие процессы, в которых изменяются кинетическая и потенциальная составляющие внутренней энергии. При этом теоретические основы теплотехники лекции абсолютных значений внутренней энергии не требуется. Поэтому внутренней энергией для идеальных газов называют кинетическую энергию движения молекул и энергию колебательных движений атомов в молекуле, а для реальных газов дополнительно включают потенциальную энергию молекул. Внутренняя энергия U является функцией двух основных параметров состояния газа, т. Κаждому состоянию рабочего тела системы соответствует вполне определенное значение параметров состояния, то для каждого состояния газа будет характерна своя однозначная, вполне определенная величина внутренней энергии То есть U является функцией состояния газа. И разность внутренних энергий для двух каких-либо состояний рабочего тела или системы тел не будет зависет от пути перехода от первого состояния во второе. Первый закон термодинамики является основой термодинамической теории имеет огромное прикладное значение при исследовании термодинамических процессов. Этот закон является теоретические основы теплотехники лекции сохранения и превращения энергии: ¦ "Энергия не исчезает и не возникает вновь, она лишь переходит ¦ из одного вида в другой в различных физических процессах". Уравнение первого закона термодинамики имеет теоретические основы теплотехники лекции вид: где Q - количества теплоты подведенная отведенная к системе; L - работа, совершенная системой над системой ; U 2 — U 1 - изменение внутренней энергии в данном процессе. Для единицы теоретические основы теплотехники лекции вещества уравнение первого закона термодинамики имеет вид: В дальнейшем все формулы и уравнения будут даны в основном для единицы массы вещества. ¦ "Двигатель, постоянно теоретические основы теплотехники лекции работу и не потребляющий ¦ никакой энергии называется вечным двигателем I рода. Теплоемкость зависит от внешних условий или характера процесса, при котором происходит подвот или отвод теплоты. Теплоемкость газов в большой степени зависит от тех условий, при которых происходит процесс их нагревания или охлаждения. Различают теплоемкости при постоянном давлении изобарный и при постоянном объеме изохорный. Все реальные газы при высоких температурах и малых давлениях можно практически считать как идеальные газы. Уравнение состояния как для идеальных, как и для реальных газов описываются тремя параметрами по уравнению 1. Уравнение состояния идеального газа можно вывести из молекулярно-кинетической теории или из совместного рассмотрения законов Бойля-Мариотта и Гей-Люссака. Это уравнение было выведено в 1834 г. Каждый газ компонент в смеси независимо от других газов полностью сохраняет все свои свойства и ведет себя так, как если бы он один занимал весь объем смеси. Парциальное давление — это давление, которое имел бы теоретические основы теплотехники лекции газ, входящий в состав смеси, если бы этот газ находился один в том же количестве, в том же оюъеме и при той же температуре, что и в смеси. Р n — парциальные давления. Первый закон термодинамики теоретические основы теплотехники лекции, что теплота может превращаться в работу, а работа в теплоту и не устанавливает условий, при которых возможны эти превращения. Превращение работы в теплоту происходит всегда полностью и безусловно. Обратный процесс превращения теплоты в работу при непрерывном её переходе возможен только при определенных условиях и не полностью. Теплота сам собой может переходит от более нагретых тел к холодным. Переход теплоты от холодных тел к нагретым сам собой не происходит. Для этого нужно затратить дополнительную энергию. Таким образом для полного анализа явления и процессов необходимо иметь кроме первого закона термодинамики еще дополнительную закономерность. Этим законом является второй закон термодинамики. Он устанавливает, возможен или невозможен тот или иной процесс, в каком направлении протекает процесс, когда достигается термодинамическое равновесие и при каких условиях можно получить максимальную работу. Формулировки второго закона термодинамики. Для существования теплового двигателя необходимы 2 источника — горячий источник и холодный источник окружающая среда. Если тепловой двигатель работает только от одного источника то он называется вечным двигателем 2-го рода. Первый закон термодинамики "позволяет" возможность создать тепловой двигатель полностью превращающий подведенную теплоту Q 1в работу L, т. Вечный двигатель 2-го рода можно осуществить, если теплоту Q 2 передать от холодного источника к горячему. Но для этого теплота самопроизвольно должна перейти от холодного тела к горячему, что невозможно. Отсюда следует 2-я формулировка Клаузиуса : "Теплота не может самопроизвольно переходит от более холодного тела к более нагретому". Для работы теплового двигателя необходимы 2 источника — горячий и холодный. Все эти формулировки взаимосвязаны, из одной формулировки можно получить другую. Одним из функций состояния термодинамической системы является энтропия. Энтропией называется величина определяемая выражением: Энтропия есть однозначная функция состояния тела, принимающая для каждого состояния вполне определенное значение. Она является экстенсивным зависит от массы вещества параметром состояния и в любом термодинамическом процессе полностью определяется начальным и конечным состоянием тела и не зависит от пути протекания процесса. Циклом Карно называется круговой цикл, состоящий из 2-х изотермических из 2-х адиабатных процессов. Обратимый цикл Карно в p,υ- и T,s- диаграммах показан на рис. Температура уменьшается от Т 1 до Т 2. Температура повышается от Т 3 до Т 4. Основной характеристикой любого цикла является термический коэффициент полезного действия т. Отсюда следует 1-я теорема Карно: "Термический к. Bиз сравнения произвольного обратимого цикла и цикла Карно вытекает 2-я теорема Карно: "Обратимый цикл Карно является наивогоднейшим циклом теоретические основы теплотехники лекции заданном интервале температур" При этом, количество теплоты подводимое к телу теоретические основы теплотехники лекции отводимое от тела зависит от характера процесса. В данном процессе не подводится и не отводится тепло, т. Изобарный, изохорный, изотермический и адиабатный процессы являются частными случаями политропного процесса Рис. Первый закон термодинамики для потока. На практике при рассмотрении рабочих процессов машин, аппаратов и устройств, встречаются задачи изучении закономерностей движения рабочих тел газов, пара и жидкостей. Если в канале происходит сжатие рабочего тела с увеличением его давления и уменьшением скорости, то такой канал называют диффузором. В каналах при небольшой разности давлений газа и внешней среды скорость течения рабочего тела достаточно большая. В большинстве случаев длина канала небольшая и процесс теплообмена между стенкой и газом незначителен, поэтому процесс истечения газа можно считать адиабатным. Критической теоретические основы теплотехники лекции называется скорость газа в выходном сечении канала, при давлении равном или меньшем критического - P Сопло Лаваля состоит из короткого суживающегося участка и расширяющейсяя конической насадки Рис. При больших углах наблюдается отрыв струи от стенок канала. Теоретические основы теплотехники лекции истечения и секундный расход идеального газа определяются по формулам 5. Длину расширяющейся части сопла можно определить по уравнению: где: j - угол конусности сопла; D - диаметр выходного отверстия; d - диаметр сопла в минимальном сечении. Дросселированием называется явление, при котором пар или газ переходит с высого давления на низкое без совершения внешней работы и без подвода или отвода теплоты. Такое теоретические основы теплотехники лекции происходит в трубопроводе, где имеется место сужения проходного канала Рис. При таком сужении, вследствие сопротивлений, давление за местом сужения - Р 2, всегда меньше давления теоретические основы теплотехники лекции ним — Р 1. Любой кран, вентиль, задвижка, клапан и прочие местные сопротивления, уменьшающие проходное сечение трубопровода, вызывают дросселирования газа или пара, следовательно падения давления. В большинстве случаев это явление приносит безусловный вред. Но иногда оно является необходим и создается теоретические основы теплотехники лекции регулирование паровых двигателей, в холодильных установках, в приборах для измерения расхода газа и т. При прохождении газа через отверстие, кинетическая энергия газа и его скорость в узком сечении возрастают, что сопровождается падением температуры и давления. Газ, протекая через отверстие, приходит в вихревое движение. Теоретические основы теплотехники лекции его кинетической энергии затрачивается на образование этих вихрей и превращается в теплоту. Кроме того, в теплоту превращается и работа, затраченная на преодоление сопротивлений трение. Вся эта теплота воспринимается газом, в результате чего температура его изменяется уменьшается или увеличивается. В отверстие скорость газа увеличивается. За отверстием газ опять течет по полному сечению и скорость теоретические основы теплотехники лекции вновь понижается. А давление увеличивается, но до начального значения оно не поднимается; некоторое изменение скорости произойдет в связи с увеличением удельного объема газа от уменьшения давления. Дросселирование является необратимым процессом, при которм происходит теоретические основы теплотехники лекции энтропии и уменьшение работоспособности рабочего тела. Для идеальных газов энтальпия газа является однозначной функцией температуры. При дросселировании реальных газов энтальпия газа остается постоянной, энтропия и объем увеличиваются, давление падает, а температура изменяется увеличивается, уменьшается или остется неизменной. Изменение температуры жидкостей и реальных газов при дросселировании называется эффектом Джоуля-Томсона. Для идеального газа эффект Джоуля-Томсона равен нулю. Различают дифференциальный температурный эффект, когда давление и температура изменяются на бесконечно малую величину, интегральный температурный эффект, при котором давление и температура изменяются на конечную величину. Состояние газа, при котором температурный эффект меняет свой знак, называется точкой инверсии, а температура, теоретические основы теплотехники лекции этой точке, называется температурой инверсии - Т инв. Реальные газы отличаются от идеальных газов тем, что молекулы этих газов имеют объемы и связаны между собой силами взаимодействия, которые уменьшаются с увеличением теоретические основы теплотехники лекции между молекулами. Тогда величина коэффициента сжимаемости выражает отклонение свойств реального газа от свойств идеального. Величина с для реальных газов в зависимости от давления и температуры может принимать значения больше или меньше единицы и только при малых давлениях и высоких температурах она практически равна единице. Тогда реальные газы можно рассматривать как идеальные. В связи с отличием свойств реального газа от свойств теоретические основы теплотехники лекции газа нужно иметь новые уравнения состояния, которые связывали бы значения P, х, T и давали бы возможность рассчитывать некоторые свойства газов для разных условий. Были предложены многочисленное число различных уравнений состояния реальных газов, но ни одно из них не решает проблему для общего случая. Однако это уравнение в общем виде не может быть использовано для непосредственных расчетов реальных газов. Для отдельных частных случаях получены расчетные уравнения того или иного реального газа. Из-за сложности вычисления вириальных коэффициентов обычно ограничиваются расчетом теоретические основы теплотехники лекции двух коэффициентов. При расчете свойств многих реальных газов уравнения такого типа получили большое распространение. Для жидких тел это давление имеет большие значения например, для воды при теоретические основы теплотехники лекции 0С составляет 1050 Мпаа для газов из-за малых сил сцепления молекул оно очень мало. Поэтому внешнее давление, под которым находится жидкость, оказывает ничтожное влияние на её объем, и жидкость считают несжимаемой. Уравнение Ван-дер-Ваальса качественно верно отображает поведение жидких и газообразных веществ, для двухфазных состояний оно неприменимо. На PV теоретические основы теплотехники лекции диаграмме рис. Из кривых видно, что при сравнительно низких температурах имеются волнообразные участки. Чем выше температура, тем короче эти части кривых. Эти волнообразные кривые указывают теоретические основы теплотехники лекции непрерывный переход от жидкого состояния в парообразное при данной температуре. Точка А соответствует состоянии жидкости, точка В относится парообразному состоянии вещества. В действительности переход из жидкого состояния в парообразное всегда происходит через двухфазное состояние вещества. При этом при теоретические основы теплотехники лекции температуре процесс перехода происходит также и при постоянном давлении. Этот действительный переход из жидкого состояния в парообразное изображается прямой линией АВ. Практически для особо чистых веществ возможно осуществление участков волнообразной кривой AQ и DB. В первом случае имеют место неустойчивые состояния перегретой жидкости, а во втором — переохлажденного пара. При определенной температуре изотерма уравнения Ван-дер-Ваальса не будет иметь волнообразного участка точка Эту температуру называют критической. Кривая АК называется нижней пограничной кривой и соответствует в состоянии кипения жидкости. Кривая КВ называется верхней пограничной кривой и соответствует состояния сухого насыщенного пара. Таким образом, для реального вещества PV — диаграмму можно разбить на 3 области: 1 - область жидкого состояния, расположена левее нижней пограничной кривой; 2 - область двухфазных состояний влажный паррасположена между нижней и верхней пограничной кривой ; 3 — область перегретого пара, расположена правее верхней пограничной кривой и выше критической точки. Условно область жидкости ограничивают сверху линией КМ — критическая изобара. Менделеев называл абсолютной температурой кипения, при которой поверхностное натяжение в жидкости становится равным нулю, т. Кроме этого экспериментальным путем доказана, что коэффициенты а, b зависят от температуры и теоретические основы теплотехники лекции, причем эта зависимость очень сложная. Новиков в 1939 г. Одним из распространенным рабочим телом в паровых турбинах, паровых машинах, в атомных установках, теплоносителем в различных теплообменниках является водяной пар. Пар - газообразное тело в состоянии, близкое к кипящей жидкости. Парообразование — процесс превращения вещества из жидкого состояния в парообразное. Испарение — парообразование, происходящее всегда при любой температуре с поверхности жидкости. При некоторой определенной температуре, зависящей от природы жидкости и давления, под которым она находится, начинается парообразование во всей массе жидкости. Этот процесс называется кипением. Обратный процесс парообразования называется конденсацией. Она также протекает при постоянной температуре. Процесс перехода твердого вещества непосредственно в пар называется сублимацией. Обратный процесс перехода пара в твердое состояние называется десублимацией. При испарении жидкости в ограниченном пространстве в паровых котлах одновременно происходит обратное явление — конденсация пара. Если скорость конденсации станет равной скорости испарениято наступает динамическое равновесие. Пар в этом случае имеет максимальную плотность и называется насыщенным паром. Если температура пара выше температуры насыщенного пара того же давления, теоретические основы теплотехники лекции такой пар называется перегретым. Разность между температурой перегретого пара и температурой насыщенного пара того же давления называется степенью перегрева. Так как удельный объем перегретого пара больше удельного объема насыщенного пара, то плотность перегретого пара меньше плотности насыщенного пара. Поэтому перегретый пар является ненасыщенным паром. В момент испарения последней капли жидкости в ограниченном пространстве без изменения температуры и давления образуется сухой насыщенный пар. Состояние такого пара определяется одним параметром - теоретические основы теплотехники лекции. Механическая смесь сухого и мельчайших капелек жидкости называется влажным паром. Массовая доля сухого пара во влажном паре называется степенью сухости — х. Массовая доля жидкости во влажном паре нызвается степенью влажности — у. Атмосферный воздух, в основном состоящий из кислорода, азота, углекислого газа, содержит всегда некоторое количество водяного пара. Смесь сухого воздуха и водяного пара называется влажным воздухом. Влажный воздух при данном давлении и температуре может содержать разное количество водяного пара. Если теоретические основы теплотехники лекции состоит из сухого воздуха и насыщенного водяного пара, то его называют насыщенным влажным воздухом. В этом случае во влажном воздухе находится максимально возможное для данной температуры количество водяного пара. При охлаждении этого теоретические основы теплотехники лекции, будет происходить конденсация водяного пара. Парциальное давление водяного пара в этой смеси равно давлению насыщения при данной температуре. Если влажный воздух содержит при данной теоретические основы теплотехники лекции водяной пар в перегретом состоянии, теоретические основы теплотехники лекции он будет называться ненасыщенным. Так как в нем находится не максимально возможное для данной температуры количество водяного пара, то он способен к дальнейшему увлажнению. Поэтому такой воздух используют в качестве сушильного агента в различных сушильных установках. Максимальное значение Р П при данной температуре влажного воздуха t представляет собой давление насыщенного водяного пара - Р Для нахождения парциального давления пара пользуются специальным прибором — гигрометром. С помощью этого прибора определяют точку росы, т. Зная точку росы, можно по таблицам определить парциальное давление пара в воздухе как давление насыщения Р Нсоответствующее точки росы t p. Абсолютной влажностью воздуха называется количество водяных паров, находящихся в 1 м 3 влажного воздуха. Абсолютная влажность равна плотности пара при его парциальном давлении и температуре воздуха — t н. Если водяной пар считать как идеальный газ, то по закону Бойля-Мариотта отношение плотностей можно заменить отношением давлений. Влагосодержание — представляет собой отношение массы пара к массе сухого воздуха: где: М П, М В — соответственно массы пара и сухого воздуха во влажном воздухе. Паротурбинная установка является основой современных тепловых и атомных электростанций. Рабочим телом в таких установках является пар какой-либо жидкости водяной пар. Основным циклом в теоретические основы теплотехники лекции установке является цикл Ренкина. Принципиальная схема ПТУ показана на рис. В паровом котле 1 и в перегревателе 2 теплота горения топлива передается воде. Полученный пар поступает в турбину 3где происходит преобразование теплоты в механическую работу, а затем в электрическую энергию в электрогенераторе 4. Отработанный пар поступает в конденсатор 5где отдает теплоту охлаждающей воде. Полученный конденсат насосом 6 отправляется в питательный бак 7откуда питательным насосом 8 сжимается до давления, равного в котле, и подается через подогреватель 10 в паровой котел 1. Рассмотрим цикл Ренкина на насыщенном паре. Схема установки теоретические основы теплотехники лекции от предыдущей схемы тем, что в данном случае будет отсутствовать перегреватель. Поэтому на турбину будет поступать насыщенный пар. Для этого перед турбиной ставят перегреватель 2 Рис. При этом возрастает средняя температура подвода теплоты в цикле. Диаграмма цикла показана на рис. Рассмотрим цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном объеме на примере четырехтактного двигателя. Диаграмма реального двигателя представлена на рис. Описанный процесс является необратимым наличие трения, химической реакции в рабочем теле, конечные скорости поршня, теплообмен при конечной разности температур и т. Для анализа теории тепловых машин термодинамика рассматривает идеальные циклы обратимые циклы. Диаграмма идеального процесса двигателя внутреннего сгорания показана на рис. Из этой диаграммы выводится формула для термического к. Идеальный цикл ДВС со смещанным подводом теплоты при постоянном объеме безкомпрессорные дизели. Диаграмма цикла показана на рис. В этот момент в цилиндр через форсунки под давлением впрыскивается топливо. Основными недостатками поршневых двигателей внутреннего сгорания явяляются ограниченность их мощности и невозможность адиабатного расширения рабочего тела до атмосферного давления, котрые отсутствуют в газотурбиннных установках. ГТУ рабочим телом являются продукты сгорания жидкого или газообразного топлива. Топливным насосом 5 и компрессором 4 топливо и воздух через форсунки 6 и 7 поступают в камеру сгорания 1. Из камеры продукты сгорания направляются в комбинированные сопла 2, где они расширяются, и поступают на лопатки газовой турбины 3. Эффективными методами повышения экономичности газотурбинных установок являются: регенерация теплоты, ступенчатое сжатие и расширение рабочего тела и пр. Основные понятия и определения. Теория теплообмена изучает процессы распространения теплоты в твердых, жидких и газообразных телах. Перенос теплоты может передаваться тремя способами: теплопроводностью; конвекцией; излучением радиацией. Процесс передачи теплоты теплопроводностью происходит при непосредственном контакте тел или частицами тел с различными температурами и представляет собой молекулярный процесс передачи теплоты. При нагревании тела, кинетическая энергия его молекул возрастает и частицы более нагретой части тела, сталкиваясь с соседними молекулами, сообщают им часть своей кинетической энергии. Конвекция — это перенос теплоты при перемещении и перемешивании всей массы неравномерно нагретых жидкости или газа. При этом, перенос теплоты зависит от скорости движения жидкости или газа прямо пропорционально. Этот вид теоретические основы теплотехники лекции теплоты сопровождается всегда теплопроводностью. Одновременный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью называется конвективным теплообменом. В инженерных расчетах часто определяют конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твердого тела. Этот процесс конвективного теплообмена называют конвективной теплоотдачей или просто теплоотдачей. Процесс передачи теплоты внутренней энергии тела в виде электромагнитных волн называется излучением радиацией. Совместный теплообмен излучением и теплопроводностью называют радиационно-кондуктивным теплообменом. Совокупность всех трех видов теплообмена называется сложным теплообменом. Процессы теплообмена могут происходит в различных средах: чистых веществах и разных смесях, при изменении и без изменения агрегатного состояния рабочих сред и т. В зависимости от этого теплообмен теоретические основы теплотехники лекции по разному и описывается различными уравнениями. Процесс переноса теплоты может сопровождаться переносом вещества массообмен. Например испарение воды в воздух, движение жидкостей или газов в трубопроводах и. Тогда процесс теплообмена усложняется, так как теплота дополнительно переносится с массой движущегося вещества. Будем рассматривать только однородные изотропные тела, т. При передачи теплоты в твердом теле, температура тела будет изменяться по всему объему тела и во времени. Совокупность значений температуры в данный момент времени для всех точек изучаемого пространства называется температурным полем: где:t —температура теоретические основы теплотехники лекции x,y,z -координаты точки; τ - время. Рассмотрим две изотермические поверхности Рис. Коэффициент теплопроводности является физическим параметром вещества, характеризующим способность тела проводит теплоту, Она зависит от рода вещества, давления и температуры. Также на её величину влияет влажность вещества. Для большинства веществ коэффициент теплопроводности определяются опытным путем и для технических расчетов берут из справочной литературы. Рассмотрим 3-х слойную стенку Рис. Температура наружных поверхностей стенокt ст1 и t ст2, коэффициенты теплопроводности слоевλ 1, λ 2, λ 3, толщина слоевδ 1, δ 2, δ 3. Температура слоев определяется по следующим формулам: 1. Рассмотрим однородный однослойный цилиндр длиной l, внутренним диаметром d 1и внешним диаметром d 2 Рис. Температуры поверхностей стенки —t ст1 и t ст2. Для цилиндрических поверхностей вводят понятия тепловой поток единицы длины цилиндрической поверхности линейная плотность теплового потокадля которой расчетные формулы будут: 2. Допустим цилиндрическая стенка состоит из трех плотно прилегающих слоев Рис. Температура внутренней поверхности стенки —t ст1, температуранаружнойповерхности стенки —t ст2, коэффициенты теплопроводности слоев -λ 1, λ 2, λ 3, теоретические основы теплотехники лекции слоев d 1, d 2, d 3, d 4. Факторы, влияющие на конвективный теплообмен. Конвективным теплообменом называется одновременный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью. В инженерных расчетах часто определяют конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твердого тела. Этот процесс конвективного теплообмена называют конвективной теплоотдачей или просто теплоотдачей. Основными факторами, влияющими на процесс теплоотдачи являются следующие: 1. Природа возникновения движения жидкости вдоль поверхности стенки. Самопроизвольное движение жидкости газа в поле тяжести, обусловленное разностью плотностей её горячих и холодных слоев, называют свободным движением естественная конвекция. Движение, создаваемое вследствие разности давлений, которые создаются насосом, вентилятором и другими устройствами, называется вынужденным вынужденная конвекция. Упорядоченное, слоистое, спокойное, без пульсаций движение называется ламинарным. Беспорядочное, хаотическое, вихревое движение называется турбулентным. Теоретические основы теплотехники лекции свойства жидкостей и газов. Форма плоская, цилиндрическаяразмеры и положение поверхности горизонтальная, вертикальная. Факторы, которые влияют на процесс конвективного теплообмена, включают в этот коэффициент теплоотдачи. Тогда коэффициент теплоотдачи является функцией этих параметров и можно записать эту зависимость в виде следующего уравнения: где: Х — характер движения среды свободная, вынужденная ; Ф — форма поверхности; l o — характерный размер поверхности длина, высота, диаметр и т. Поэтому для определения коэффициента теплоотдачи применяют экспериментальный метод исследования. Достоинством экспериментального метода является: достоверность получаемых результатов; основное внимание можно сосредоточить на изучении величин, представляющих наибольший практический интерес. Основным недостатком этого метода является, что результаты данного эксперимента не могут быть использованы, применительно к другому явлению, которое в деталях отличается от изученного. Поэтому выводы, сделанные на основании анализа результатов данного экспериментального исследования, не допускают распространения их на другие явления. Следовательно, при экспериментальном методе исследования каждый конкретный случай должен служить самостоятельным объектом изучения. Для аналитического метода исследования конвективного теплообмена нужно решить систему дифференциальных уравнений, состоящий из: 1. У равнения энергии теоретические основы теплотехники лекции сохранения энергии : Данные уравнения записаны для несжимаемой жидкости? Решение этих дифференциальных уравнений сложная и трудоемкая задача, и она возможна при ограниченных простых случаев. Поэтому при исследовании конвективного теплообмена применяют метод теории подобия. Теория подобия — это наука о подобных явлениях. Подобными явлениями называются такие физические явления, которые одинаковы качественно по форме и по содержанию, т. Обязательным условием подобия физических явлений должно быть геометрическое подобие систем, где эти явления протекают. Два физических явления будут подобны лишь в том случае, если будут подобны все величины, которые характеризуют их. Для всех подобных систем существуют безразмерные комплексы величин, которые называются критериями подобия. Основные положения теории подобия формулируют в виде 3-х теорем подобия. Условиями однозначности являются: наличие геометрического подобия систем; Используя теорию подобия из системы дифференциальных уравнений 10. Приведем некоторые основные расчетные формулы конвективного теплообмена академика Михеевакоторые даны для средних значений коэффициентов теплоотдачи по поверхности стенки. Свободная конвекция в теоретические основы теплотехники лекции пространстве. Здесь значения Gr жd и Pr ж берутся при температуре жидкости газаа Pr ст при температуре поверхности стенки. Режим течения определяется по величине Re. Течение жидкости в гладких трубах круглого сечения. Значения этого коэффициента представлена теоретические основы теплотехники лекции таблице 10. Значение ε l при ламинарном режиме. Коэффициент К 0 зависит от критерия Рейнольдса Re и представлена в таблице 10. Лучистая энергия возникает за счет энергии других видов в результате сложных молекулярных и внутриатомных процессов. Природа всех лучей одинакова. Они представляют собой распространяющиеся в пространстве электромагнитные волны. Источником теплового излучения является внутренняя энергия нагретого тела. Количество лучистой энергии в основном зависит от физических свойств и температуры излучающего тела. Электромагнитные волны различаются между собой длиной волны В зависимости от длины волны l лучи обладают различными свойствами. Лучеиспускание свойственно всем телам, и каждое из них излучает и поглощает энергию непрерывно, если температура его не равна 0°К. При одинаковых или различных температурах между телами, расположенными как угодно в пространстве, существует непрерывный лучистый теплообмен. При температурном равновесии тел количество отдаваемой лучистой энергии будет равно количеству поглощаемой лучистой энергии. Спектр излучения большинства твердых и жидких тел непрерывен. Эти тела испускают лучи всех длин волн от малых до больших. Спектр излучения газов имеет линейчатый характер. Газы испускают лучи не всех длин волн. Такое излучение называется селективным избирательным. Излучение газов носит объемный характер. Суммарное излучение с поверхности тела теоретические основы теплотехники лекции всем направлениям полусферического пространства и по всем длинам волн спектра называется интегральным или теоретические основы теплотехники лекции лучистым потоком Интегральный лучистый поток, излучаемый единицей поверхности по всем направлениям, называется излучательной способностью тела и обозначается где dQ - элементарный лучистый поток, испускаемый элементом поверхности dF. Каждое тело способно не только излучать, но и отражать, поглощать и пропускать через себя падающие лучи от другого тела. Если обозначить общее количество лучистой энергии, падающей на тело, через Q, то часть энергии, равная А, поглотится телом, часть, равная R, отразится, а часть, равная D, пройдет сквозь тело. Он представляет собой отношение поглощенной лучистой энергии ко всей лучистой энергии, падающей на тело. Величину R называют коэффициентом отражения. R есть отношение отраженной лучистой энергии ко всей падающей. Величину D называют коэффициентом проницаемости. D есть отношение прошедшей сквозь тело лучистой энергии ко всей лучистой энергии, падающей на теоретические основы теплотехники лекции. Если поверхность поглощает все падающие на нее лучи, т. Если поверхность теоретические основы теплотехники лекции полностью все падающие на нее лучи, то такую поверхность называют абсолютно белой. В природе абсолютно черных, белых и прозрачных тел не существует, тем не менее понятие о них является очень важным для сравнения с реальными поверхностями. Кварц для тепловых лучей непрозрачен, а для световых и ультрафиолетовых лучей прозрачен. Каменная соль прозрачна для тепловых лучей и непрозрачна для ультрафиолетовых лучей. Оконное стекло прозрачно для световых лучей, а для ультрафиолетовых и тепловых почти непрозрачно. Белая поверхность ткань, краска хорошо отражает лишь видимые лучи, а тепловые лучи поглощает также хорошо, как и темная. Таким образом, свойство тел теоретические основы теплотехники лекции или отражать тепловые лучи зависят в основном от состояния поверхности, а не от ее цвета. Теоретические основы теплотехники лекции поверхность отражает теоретические основы теплотехники лекции под тем же углом, под которым они падают на нее, то такую поверхность называют зеркальной. Если теоретические основы теплотехники лекции луч при отражении расщепляется на множество лучей, идущих по всевозможным направлениям, то такое отражение называют диффузным например поверхность мела. При исследовании лучистых потоков большое значение имеет распределение лучистой энергии, испускаемой абсолютно черным телом по отдельным теоретические основы теплотехники лекции волн спектра. Каждой длине волны лучей, теоретические основы теплотехники лекции определенной температуре, соответствует определенная интенсивность излучения - I s l. Интенсивность излучения или спекnральная монохроматическая интенсивность, представляет собой плотность лучистого потока тела для длин волн от l до l+d lотнесенная к рассматриваемому интервалу длин волн d l; где I s l - спектральная интенсивность излучения абсолютно черного тела. Интенсивности излучения абсолютно черного тела I s l и любого реального тела I l зависят от температуры и длины волны. Если каким-либо образом отделить лучи с разными длинами волн друг от друга измерить энергию каждого луча, то окажется, что распределение энергии вдоль спектра различно. Теоретические основы теплотехники лекции мере увеличения длины волны энергия лучей возрастает, при некоторой длине волны достигает максимума, затем убывает. Кроме того, для луча одной и той же длины волны энергия его увеличивается с возрастанием температуры тела, испускающего лучи рис. При повышении температуры интенсивность излучения для каждой длины волны возрастает. Кроме того, из рис. Пользуясь законом смещения Вина, можно измерять высокие температуры тел на расстоянии, например, расплавленных металлов, космических тел и др. Планк установил, что каждой длине волны соответствует определенная интенсивность излучения, которая увеличивается с возрастанием температуры. Подставляя в уравнение 11. Только при температуре солнца ~ 6000К энергия световых лучей составляет около 50% от всей энергии черного излучения. Все реальные тела, используемые в технике, теоретические основы теплотехники лекции являются абсолютно черными и при одной и той же температуре излучают меньше энергии, чем абсолютно черное тело. Излучение реальных тел также зависит от температуры и длины волны. Чтобы законы излучения черного тела можно было применить для реальных тел, вводится понятие о сером теоретические основы теплотехники лекции и сером излучении. Под серым излучением понимают такое, которое аналогично излучению черного тела имеет сплошной спектр, но интенсивность лучей для каждой длины волны I l при любой температуре составляет неизменную долю от интенсивности излучения черного тела I s l, т. Она зависит от физических свойств тела. Степень черноты серых тел всегда меньше единицы. Большинство реальных твердых тел с определенной степенью точности можно считать серыми телами, а их излучение — серым излучением. Величина С реальных тел в общем случае зависит не только от физических свойств тела, но и от состояния поверхности или от ее шероховатости, а также от температуры и длины волны. Значения коэффициентов излучения и степеней черноты тел берут из таблиц. Для всякого тела излучательная и поглощательная способности зависят от температуры и длины волны. Различные тела имеют различные значения Е и Из закона Кирхгофа следует, что если тело обладает малой поглощательной способностью, то оно одновременно обладает и малой лучеиспускательной способностью полированные металлы. Абсолютно черное тело, обладающее максимальной поглощательной способностью, имеет и наибольшую излучательную способность. Закон Кирхгофа остается справедливым и для монохроматического излучения. Отношение интенсивности излучения тела при определенной длине волны к его поглощательной способности при той же длине волны для всех тел одно и то же, если они находятся при одинаковых температурах, и численно равно интенсивности излучения абсолютно черного тела при той же длине волны и температуре, т. Если тело не поглощает энергию в какой-то части спектра, то оно в этой части спектра и не излучает. Излучаемая телом лучистая энергия распространяется в пространстве по теоретические основы теплотехники лекции направлениям с различной интенсивностью. Закон, устанавливающий зависимость интенсивности излучения от направления, называется законом Ламберта. Закон Ламберта устанавливает, что количество лучистой энергии, излучаемое теоретические основы теплотехники лекции поверхности dF 1 в направлении элемента dF 2, пропорционально произведению количества энергии, излучаемой по нормали dQ n, на величину пространственного угла теоретические основы теплотехники лекции и cosц, составленного направлением излучения с нормалью рис. Для полированных поверхностей закон Ламберта неприменим. Для них лучеиспускание при угле j будет большим, чем в направлении, нормальном к поверхности. Теплопередачей называется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному теплоносителю через стенку, разделяющую эти теплоносители. Примерами теплопередачи являются: передача теплоты от греющей воды нагревательных элементов отопительных систем к воздуху помещения; передача теплоты от дымовых газов к воде через стенки теоретические основы теплотехники лекции труб в паровых котлах; передача теплоты от раскаленных газов к охлаждающей воде жидкости через теоретические основы теплотехники лекции цилиндра двигателя внутреннего сгорания; передача теплоты от внутреннего воздуха помещения к наружному воздуху и т. При этом ограждающая стенка является теоретические основы теплотехники лекции теплоты, через которую теплота передается теплопроводностью, а от стенки к окружающей среде конвекцией излучением. Поэтому процесс теплопередачи является сложным процессом теплообмена. При передаче теплоты от стенки к окружающей среде в основном преобладает конвективный теплообмен, поэтому будут рассматриваться такие задачи. Теплопередача через плоскую стенку. Рассмотрим однослойную плоскую стенку толщиной d и теплопроводностью l рис12. Температура горячей жидкости среды t ' ж, холодной жидкости среды t '' ж. Тепловой поток, переданный через стенку определяется по уравнению: где a 2 — коэффициент теплоотдачи от второй поверхности стенки к холодной среде с температурой t '' ж. Теплопередача через цилиндрическую стенку. Принцип расчета теплового потока через цилиндрическую стенку аналогична как и для плоской стенки. Рассмотрим однородную трубу рис. Внутри трубы находится горячая среда с температурой t ' ж, а снаружи холодная среда теоретические основы теплотехники лекции температурой t '' ж. В качестве теплоносителей в тепловых аппаратах используются разнообразные капельные и упругие жидкости в самом широком диапазоне давлений и температур. По принципу работы аппараты делят на регенеративные, смесительные и рекуперативные. В регенеративных аппаратах горячий теплоноситель отдает свою теплоту аккумулирующему устройству, которое в теоретические основы теплотехники лекции очередь периодически отдает теплоту второй жидкости - холодному теплоносителю, т. В смесительных аппаратах передача теплоты от горячей к холодной жидкости происходит при непосредственном смешении обеих жидкостей, например смешивающие конденсаторы. Особенно широкое развитие во всех областях техники получили рекуперативные аппараты, в которых теплота от горячей к холодной жидкости передается через разделительную стенку. Только такие аппараты будут рассмотрены в дальнейшем. Теоретические основы теплотехники лекции аппараты могут иметь самые разнообразные назначения — паровые котлы, конденсаторы, пароперегреватели, приборы центрального отопления и т. Теплообменные аппараты в большинстве случаев теоретические основы теплотехники лекции отличаются друг -от друга как по своим формам и размерам, так и по применяемым в них рабочим телам. Несмотря на большое разнообразие теплообменных аппаратов, основные положения теплового расчета для них остаются общими. В теплообменных аппаратах движение жидкости осуществляется по трем основным схемам. Если направление движения горячего и холодного теплоносителей совпадают, то такое движение называется прямотоком рис. Если направление движения горячего теплоносителя противоположно движению холодного теплоносителя, то такое движение называется противотоком рис. Если же горячий теплоноситель движется перпендикулярно движению холодного теплоносителя, то такое движение называется перекрестным током рис. Кроме этих основных схем движения жидкостей, в теплообменных аппаратах применяют более сложные схемы движения, включающие все три основные схемы. Целью теплового расчета является определение поверхности теплообмена, а теоретические основы теплотехники лекции последняя известна, то целью расчета теоретические основы теплотехники лекции определение конечных температур рабочих жидкостей. Основными расчетными уравнениями теплообмена при стационарном режиме являются уравнение теплопередачи теоретические основы теплотехники лекции уравнение теплового баланса. С учетом последнего уравнение теплового баланса может быть представлено в следующем виде: W 2W 1 - условные эквиваленты горячей и холодной жидкостей. При прохождении через теплообменный аппарат рабочих жидкостей изменяются температуры горячих и холодных жидкостей. На изменение температур большое влияние оказывают схема движения жидкостей и величины условных эквивалентов. Как видно из рис. Следовательно, в аппаратах с противотоком можно нагреть холодную среду, при одинаковых начальных условиях, до более высокой температуры, чем в аппаратах с прямотоком. Кроме того, как видно из рисунков, наряду с изменениями температур изменяется также и разность температуря между рабочими жидкостями, или температурный напор Dt. Величины Dt и k можно принять постоянными только в пределах элементарной поверхности теплообмена dF. Поэтому уравнение теплопередачи для элемента поверхности теплообмена dF справедливо лишь в дифференциальной форме: Тепловой поток, теоретические основы теплотехники лекции через всю поверхность F при постоянном среднем коэффициенте теплопередачи k, определяется интегрированием уравнения 12. Топливом называется горючее вещество, используемое в качестве источника получения теплоты в энергетических, промышленных и отопительных установках. В зависимости от типа реакций, в результате которых теоретические основы теплотехники лекции теплота из топлива, различают органическое и ядерное топливо. В настоящее время и по прогнозам до 2030 г. Элементарный состав твердого и жидкого топлива дается в процентах к массе 1 кг топлива. При этом различают рабочую, сухую, горючую и органическую массу топлива. Рабочая масса — это масса и состав топливо, в котором поступает к потребителю и подвергается сжиганию. Истинная зольность рабочей массы определяется по формуле где S р а - содержание серы в лабораторной золе в процентах к массе топлива; S р с - содержание сульфатной серы в топливе, %. Средний состав % смеси двух твердых или жидких топлив, заданных массовыми долями, - первого С р 2, H р 2. Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов. Горючая часть состоит из предельных? С nH теоретические основы теплотехники лекции и непредельных? С nH 2n углеводородов, водорода Н 2, теоретические основы теплотехники лекции углерода СО, и сернистого водорода Н 2S. В состав негорючих элементов входит азот N 2углекислый газ СO 2 и кислород О 2. Составы природного искусственного газообразных топлив различны. Природный газ характеризуется высоким содержанием метана СH 4а также небольшого количества других углеводородов: этана С 2H 6пропана С 3H 8бутана С 4H 10этилена С 2H 4и пропилена С 3H 6. В искусственных газах содержание горючих составляющих водорода и окиси углерода достигает 25-45%, в балласте преобладают азот и углекислота — 55-75%. Состав газообразного топлива задается в объемных долях и в общем виде можно записать следующим образом: где SС теоретические основы теплотехники лекции 2n+2 — предельные углеводороды; SС nH 2n — непредельные угловодороды; Теоретические основы теплотехники лекции 2S — сернистый водород. СО — окись углерода; CО 2 - углекислый газ. Средняя влажность топлива в рабочем состоянии составляет в %: для торфа 50; сланцев 13-17; каменного угля 5-14 и антрацита 5-8. Бурые угли в зависимости от влажности делят на 3 группы: группа Б1 — более 40% влажности; группа Б2 — 30-40%; группа Б3 — менее 30%. В состав золы входят теоретические основы теплотехники лекции соли теоретические основы теплотехники лекции и щелочно-земельных металлов, окислы железа, алюминия, а также сульфатная сера. Минеральные остатки, образующиеся после сгорания топлива, имеют вид либо сыпучей массы золалибо сплавленных кусков шлак. При высоких температурах зола размягчается, а затем плавится. Размягченная зола и шлак прилипают к стенкам обмуровки топки, уменьшая сечение газоходов откладываются на поверхностях нагрева, увеличивая тем самым термическое сопротивление в процессе теплопередачи о теоретические основы теплотехники лекции к нагреваемой среде, забивают отверстия для прохода воздуха в колосниковой решетке, обволакивают частицы топлива, затрудняя их сжигание. Различные виды топлива содержат теоретические основы теплотехники лекции количества золы. Например, в %: древесина — 1; торф — 10; кузнецкий уголь — 10-20; подмосковный бурый уголь теоретические основы теплотехники лекции 30; сланцы — 60. Жидкое топливо мазут содержит 0,2-1% минеральных примесей. При нагревании твердого топлива до 870-1100 К без доступа окислителя, выделяются парогазообразные вещества, которые называются летучими. Они являются продуктами теоретические основы теплотехники лекции сложных органических веществ, содержащихся в органической массе топлива. В состав летучих веществ входят: азот N 2, кислород О 2, водород Н 2, окись углерода СО, углеводородные газы СH 4, С 2H 4 теоретические основы теплотехники лекции т. Твердый остаток, который получается после нагревания топлива без доступа окислителя и выхода летучих веществ. В состав кокса входят остаточный углерод и зола. При низких температурах в твердом остатке кроме теоретические основы теплотехники лекции может оказаться часть элементов C, H, S л, Тогда твердый остаток теоретические основы теплотехники лекции полукоксом. По своим механическим свойствам кокс может быть порошкообразным, слабоспекшимся и спекшимся. Одной из основных характеристик любого вида топлива является теплота сгорания, т. Полным сгоранием называется такое, при котором горючие компоненты топлива С, Н и S полностью окисляются кислородом. Теплоту сгорания твердого и жидкого топлива относят к 1 кг, а газового — к 1 м 3 при нормальных условиях. Различают низшую и высшую теплоту сгорания. В высшую теплоту сгорания входит количество теоретические основы теплотехники лекции, которое может быть выделено при конденсации водяных паров, находящихся в продуктах сгорания топлива. Отношение Q p н данного топлива к Q у. Тогда для расчета расхода натурального топлива В н в условное В у. Теоретические основы теплотехники лекции этого также используют сжатые и сжиженные газы; синтетические топлива, получаемые переработкой угля, сланцев, битумонозных песков; спирты; эфиры. Автомобильные бензины представляют собой смеси углеводородов, выкипающих в диапазоне температур 35…205? С и вырабатываются следующих марок: по ГОСТу 2084-77 А-76, АИ-93 А-92АИ-95, а также неэтилированный АИ-91; экспортные бензины А-80, А-92, А-96, теоретические основы теплотехники лекции улучшенными экологическими свойствами — НОРСИ АИ-80, НОРСИ АИ-92, НОРСИ АИ-95. Цифры в марке бензина показывает октановое число ОЧкоторое характеризует детонационную стойкость бензина. Дизельные топлива вырабатываются в основном из гидроочищенных фракций прямой перегонки нефти. В Росиии вырабатывают три сорта дизельного топлива: "л" летнее — для эксплуатации при температуре 0? С и выше; "з" зимнее - для эксплуатации при температуре -20? С и выше; "а" теоретические основы теплотехники лекции - для эксплуатации при температуре -50? Углеводородные газообразные топлива при нормальных условиях подразделяют на сжатые СПГ и с жиженные СНГ. В качестве сжатого газа используют природный газ 95% метана СН 4. Сжиженные газы являются продуктами переработки попутных газов и газов газоконденсатных месторождений и восновном содержат бутанпропановые и бутиленпропиленовые смеси, находящиеся при нормальной температуре в жидком состоянии. Теоретические основы теплотехники лекции преимуществом гакзовых топлив является их чистота, более легкий запуск в холодное время, высокие экологические качества. Как уже указывалось, устройства, в которых непосредственно вырабатывается пар и нагревается вода, называют паровыми или водогрейными котлами. Если котлы в отопительных котельных вырабатывают пар давлением Р В производственных и энергетических котельных по давлению получаемого пара котельные агрегаты разделяются на следующие: низкого давления 0,8-1,6 МПасреднего 2,4-4 МПавысокого 10-14МПа и сверхвысокого давления 25-31Мпа. Паровые котельные агрегаты стандартизированы ГОСТ 3619-76 по параметрам вырабатываемого пара Р и Т и мощности. По конструкции паровые котлы можно разделить на два типа — газотрубные и водотрубные. В газотрубных котлах основные поверхности нагрева находятся внутри цилиндрического сосуда большого диаметра в виде так называемых жаровых или дымогарных труб или различных их комбинаций, по которым движутся продукты сгорания топлива. Более совершенными являются водотрубные паровые котлы. Они имеют развитые поверхности нагрева, состоящие из труб, заполненных внутри водой и пароводяной смесью, а снаружи обогреваемых продуктами сгорания топлива. Котлы относятся к горизонтально-водотрубным, если трубы расположены под углом к горизонту не более 25 о, и теоретические основы теплотехники лекции вертикально-водотрубным, если трубы идут более круто или вертикально. В этих котлах путем изменения числа труб в пучках и числа самых пучков удалось увеличить площадь поверхности нагрева, не увеличивая диаметр их барабанов, что в свою очередь дало возможность получить в этих котлах пар высокого давления. При работе парового котла очень важно обеспечить надежное охлаждение поверхностей нагрева, в которых происходит парообразование. Для этого необходимо соответствующим образом организовать движение воды и пароводяной смеси в испарительных поверхностях нагрева. По характеру организации движения рабочего тела в испарительных поверхностях котельные агрегаты делятся на три типа: с естественной циркуляцией рис 14. Принципиальная схема прямоточного котла показана на рис 14. Питательная вода подается теоретические основы теплотехники лекции конвективный экономайзер 6, где она подогревается за счет тепла газов, и поступает теоретические основы теплотехники лекции экранные трубы 2, выполненные в виде параллельно включенных змеевиков, расположенных на стенах топочной камеры. В нижней части змеевиков вода нагревается до температуры насыщения. Парообразование до степени сухости 70-75% происходит в змеевиках среднего уровня расположения. Пароводяная смесь затем поступает в переходную конвективную зону 4, теоретические основы теплотехники лекции происходит окончательное испарение воды и частичный перегрев пара. Из переходной зоны пар направляется в радиационный перегреватель 2, затем доводится до заданной температуры в конвективном перегревателе 3 и поступает на турбину. В опускной шахте котлоагрегата расположены первая по ходу газов и вторая ступени 5 и 7 воздухоподогревателя. К основным элементам котельных агрегатов относятся пароперегреватели, экономайзеры и воздухоподогреватели. Пароперегреватель представляет собой змеевиковую поверхность теплообмена, предназначенную для перегрева пара, полученного в испарительной части котельного агрегата. Пар движется внутри трубок, омываемых снаружи дымовыми газами. Пароперегреватель — неотъемлемый элемент энергетических котельных агрегатов. Если для некоторых технологических процессов требуется перегретый пар, то котельные агрегаты малой и средней мощности также снабжают пароперегревателями. Водяные экономайзеры предназначены для подогрева питательной воды до поступления ее в испарительную часть котельного агрегата. Предварительный подогрев воды за счет теплоты дымовых газов существенно увеличивает КПД котельного агрегата. В зависимости от применяемого материала экономайзеры делятся на чугунные и стальные, по типу поверхности — на ребристые и гладкотрубные, по степени подогрева воды — на не кипящие и кипящие. В отличие от водяного экономайзера и пароперегревателя воздухоподогреватель. Горячий воздух, направляемый в топку котла, улучшает условия сгорания топлива, уменьшает потери теплоты от химической и механической неполноты сгорания топлива, повышает температуру его горения, интенсифицирует теплообмен, что в итоге повышает КПД установки. В среднем понижение теоретические основы теплотехники лекции уходящих газов на каждые 20-25 К повышает КПД примерно на 1%. Влажный насыщенный пар, получаемый в барабане котлоагрегатов низкого и среднего давлений, может уносить с собой капли котловой воды, содержащей растворенные теоретические основы теплотехники лекции ней соли. В котлоагрегатах высокого и сверхвысокого давлений загрязнение пара обуславливается еще и дополнительным уносом солей кремниевой кислоты и соединений натрия, которые растворяются в паре. Примеси, уносимые с паром, откладываются в пароперегревателе, что крайне нежелательно, так как может привести к пережогу труб пароперегревателя. Поэтому пар перед выходом из барабана котла подвергается сепарации, в процессе которой капли котловой воды отделяются и остаются в барабане. Сепарация пара осуществляется в теоретические основы теплотехники лекции сепарирующих устройствах, в котором создаются условия для естественного или механического разделения воды и пара. Естественная сепарация происходит вследствие большой разности плотностей воды и пара. Теоретические основы теплотехники лекции инерционный принцип сепарации основан на различии инерционных свойств водяных капель и пара при резком увеличении скорости и одновременном изменении направления или закручивания потока влажного пара. Для нормальной работы котельного агрегата необходимы непрерывная подача воздуха для горения топлива и непрерывное удаление продуктов сгорания. В современных котельных установках широко распространена схема с разрежением по газоходам. К недостаткам этой схемы следует отнести наличие присосов воздуха в газоотходы через неплотности в ограждениях и работу дымососов на запыленных газах. Достоинство такой схемы — отсутствие выбивания и утечек дымовых газов в помещение котельной, так как воздух в топку нагнетает вентилятор, а дымовые газы удаляет дымосос. В последнее время в мощных энергетических котельных установках широко применяется схема с наддувом. Топка и весь газовый тракт находятся под давлением 3-5 кПа. Давление создается мощными вентиляторами; дымосос отсутствует. Основной недостаток этой схемы — трудности, связанные с обеспечением надлежащей герметичности топки и газоходов котельного агрегата. Для получения тяги необходимо увеличивать высоту трубы или температуру уходящих газов. Однако при использовании любого из этих способов необходимо иметь в виду, что высота трубы ограничена ее стоимостью и прочностью, а температура газов — оптимальным значением КПД котельной установки. Поэтому большинство современных котельных установок оборудуют искусственной тягой, для создания которой применяют дымосос, преодолевающий сопротивление газового тракта. В этом случае высоту трубы выбирают в соответствии с санитарно-техническими требованиями. Напор воздуха, создаваемый вентилятором, также следует определять на основании аэродинамического расчета воздушного тракта воздуховодов, воздухоподогревателя, горелочного устройства и т. Одной из основных задач безопасной эксплуатации котельных установок является организация рационального водного режима, при котором не образуется накипь на стенках испарительных поверхностей нагрева, отсутствует их коррозия и обеспечивается высокое качество вырабатываемого пара. Пар, вырабатываемый в котельной установке, возвращается от потребителя в конденсированном состоянии; при этом количество возвращаемого конденсата теоретические основы теплотехники лекции бывает меньше, чем количество выработанного пара. Потери конденсата и воды при продувке восполняются за счет добавки воды из какого-либо источника. Эта вода должна быть соответствующим образом подготовлена до поступления в котельный агрегат. Вода, прошедшая предварительную подготовку, называется добавочной, смесь возвращаемого конденсата и добавочной воды — питательной, а вода, которая циркулирует в контуре котла, котловой. От качества питательной воды зависит нормальная работа котельных агрегатов. Физико-химические свойства воды характеризуют следующие показатели: прозрачность, содержание взвешенных веществ, сухой остаток, солесодержание, окисляемость, жесткость, щелочность, концентрация растворенных газов СО 2 и О 2. Прозрачность характеризуется наличием взвешенных механических и коллоидных примесей, а содержание взвешенных веществ определяет степень загрязнения воды твердыми нерастворимыми примесями. Для нормальной и бесперебойной работы котельных установок требуется, чтобы топливо к ним подавалось непрерывно. Процесс подачи топлива складывается из двух основных этапов: 1 подача топлива от места его добычи на склады, расположенные вблизи котельной; 2 подача топлива со складов непосредственно в котельные помещения. Теоретические основы теплотехники лекции дымовых газов и удаление золы и шлака. При сгорании твердого топлива образуется много золы. При слоевом процессе сжигания основная часть минеральных примесей топлива 60-70% теоретические основы теплотехники лекции в шлак и проваливается через колосниковые решетки в зольник. В пылеугольных топках большая часть 75-85% золы уносится из котлоагрегатов с дымовыми газами. В настоящее время в котельных применяют следующие типы золоуловителей: 1 инерционные механические; 2 мокрые; 3 электрофильтры; 4 комбинированные. Инерционные механические золоуловители работают по принципу выделения золовых частиц из газового потока под влиянием сил инерции. В настоящее время широко применяются золоулавители мокрого типа. Принцип действия электрофильтров заключается в том, что запыленные газы проходят через электрическое поле, образуемое между стальным цилиндром положительный полюс и проволокой, проходящей по оси цилиндра отрицательный полюс. Основная масса частиц теоретические основы теплотехники лекции получает отрицательный заряд и притягивается к стенкам цилиндра, незначительная часть частиц золы получает положительный заряд и притягивается к проволоке. При периодическом встряхивании электрофильтра электроды освобождаются от золы. Комбинированные золоуловители являются двухступенчатымипри этом работа каждой ступени основана на различных принципах. Чаще всего комбинированный золоуловитель состоит из батарейного циклона первая ступень и электрофильтра вторая ступень. Процесс золошлакоудаления можно разделить на две основные операции: очистка шлаковых и зольных бункеров и транспортировка золы и теоретические основы теплотехники лекции на золоотвалы или шлакобетонных изделий. Тепловой баланс котельного агрегата устанавливает равенство между поступающим в агрегат количеством теплоты и его расходом. На основании теплового баланса определяют расход топлива и вычисляют коэффициент полезного действия, эффективность работы котельного агрегата. Теоретические основы теплотехники лекции котельном агрегате химически связанная энергия топлива в процессе горения преобразуется в физическую теплоту горючих продуктов сгорания. Эта теплота расходуется на выработку и перегрев пара или нагревания воды. Вследствие неизбежных потерь при передаче теплоты и преобразования энергии вырабатываемый продукт пар, вода и т. Другую часть составляют потери, которые зависят от эффективности организации процессов преобразования энергии сжигания потлива и передачи теплоты вырабатываемому продукту. Левая приходная часть уравнения теплового баланса 14. Физическая теплота 1 кг топлива: Q физ. Топка — один из основных элементов котельного агрегата. В ней происходит процесс горения, при котором химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию продуктов сгорания, передаваемую далее жидкости и пару, находящимся в котле. Существующие топочные устройства можно разделить на слоевые и камерные. Слоевые топки предназначены для сжигания твердого топлива в слое на колосниковой решетке. В камерных топках сжигается твердое теоретические основы теплотехники лекции во взвешенном состоянии в виде пыли и дробленых частиц, а также жидкое, распыляемое с помощью форсунок, и газообразное. Камерные топки подразделяются на факельные и вихревые. При слоевом способе сжигания необходимый теоретические основы теплотехники лекции горения воздух попадается к слою топлива через колосниковую решетку. При факельном способе сжигания твердое топливо предварительно размалывается в мельницах и пыль вместе с теоретические основы теплотехники лекции аэросмесь попадает в топку. Время пребывания газа и пыли в объеме топки незначительно 1,5-2 с. Циклонный способ сжигания основан на использовании закрученных топливовоздушных потоков. Транспорт топлива теоретические основы теплотехники лекции воздухом. Топливные частицы циркулируют по определенным траекториям в течение времени, необходимого для завершения их сгорания. Под действием центробежных сил частицы движутся в виде уплотненного пристенного слоя, интенсивно перемешиваясь с воздухом. Время пребывания частиц в циклонной камере выбирается достаточным для выгорания грубой пыли размер теоретические основы теплотехники лекции — 200 мкм или дробленого топлива размер частиц до 5 мм. По способу механизации операций обслуживания подача топлива, шировка слоя, удаление золв и шлака слоевые топки делятся на ручные теоретические основы теплотехники лекцииполумеханические и механические. В полумеханических топках механизирована часть операций. В механических топках механизированы все операции. Классификации наиболее типичных и относительно широко распространенных топочных устройств со слоевым сжиганием топлива показана на рис. В зависимости от способа организации процесса сжигания топлива слоевые топки можно разделить на три группы: 1 с теоретические основы теплотехники лекции колосниковой решеткой и неподвижным слоем топлива рис. В показанную на рис. Топливо теоретические основы теплотехники лекции питателем ПМЗ и равномерно распределяется по решетке, Удаляют очаговые остатки путем их сбрасывания теоретические основы теплотехники лекции зольный бункер при повороте колосников около своей оси от ручного привода. В топке, показанной на рис. Топки с наклонной решеткой с углом 40-50, что соответствует углу естественного откоса сжигаемого топлива используют обычно для сжигания древесных отходов и кускового торфа. Возвратно-поступательное движение теоретические основы теплотехники лекции на наклонно-переталкивающей решетке рис. Топки с шурующей планкой рис. Шурующая планка выполняется в теоретические основы теплотехники лекции трехгранной призмы из литого чугуна или стали. Угол наклона передней плоскости к горизонтальной плоскости составляет 35, а задней — 15. При движении вперед к задней стенке топки топливо подрезается задней гранью и осуществляется шуровка горящего слоя топлива. Сжигание твердого топлива в факеле. Большое значение для работы пылеугольных топок имеет конструкция применяемых горелок. Горелки должны обеспечивать хорошее перемешивание топлива с воздухом, надежное зажигание аэросмеси, максимальное заполнение факелом топочной камеры и легко поддаваться теоретические основы теплотехники лекции по производительности в заданных пределах. Сжигание мазута и газов в топках. Жидкое топливо, сжигаемое в топках, подвергается предварительному распылению с помощью форсунки, являющейся элементом горелки. Пол горелкой в общем случае понимается агрегат, включающий помимо форсунки воздухонаправляющий аппарат, запальное устройство и механизм управления. Качественное сжигание жидкого топлива обуславливается тонкостью его распыления. Для этой цели используют форсунки, которые, кроме того, обеспечивают необходимый диапазон регулирования расхода топлива и устойчивое зажигание смеси. В зависимости от способа распыления топлива форсунки подразделяются на четыре класса: механические, паровые, воздушные пневматические и комбинированные. Форсунки с механическим распылением разделяют на прямоструйные, центробежные и ротационные. В прямоструйных форсунках Рис. В центробежных форсунках Рис. В ротационных форсунках Рис. На выходной кромке стакана тонкая пленка подхватывается подводимым первичным воздухом. Паровые и пневматические форсунки можно объединить в один класс теоретические основы теплотехники лекции форсунки с распыливающей средой. В паровых форсунках Рис. Газовые горелки бывают: кинетические - полного предварительного смешения газ с воздухом смешивается до выхода из горелки ; диффузионно-кинетические — частичного предварительного смешения; диффузионные — внешнего смешения. По способу подачи воздуха горелки делятся на инжекционные и дутьевые принудительной подачей воздуха. Важнейшая теплотехническая характеристика топочных устройств, основываясь на теоретические основы теплотехники лекции решают вопросы теоретические основы теплотехники лекции конструкции и оценивают интенсивность работы, - тепловое напряжение объема топочного пространства. Теоретические основы теплотехники лекции значение q будет превышать определенную числовую величину, установленную практически, то за время нахождения в топке топливо не сгорит полностью. Опыт эксплуатации котельных агрегатов показал, что для различных видов топлива, способов сжигания и конструкций топок допустимое значение q n теоретические основы теплотехники лекции в широких пределах. Эта характеристика представляет собой количество теплоты, выделившейся при сжигании определенного количества топлива в единицу времени и приходящейся на 1 м 2 площади поверхности зеркала горения. Установлено, что чем больше q R, тем больше потеря теплоты от механического недожога вследствие уноса из пределов топки мелких, не успевших сгореть частиц топлива. Значения теплового напряжения зеркала золы, теоретические основы теплотехники лекции топки и т. Очевидно, что чем больше значение q u и q R для заданных размеров топки и одного и того теоретические основы теплотехники лекции вида топлива, тем интенсивней форсированней протекает работа топки, т. Однако форсировать топку можно лишь до определенного предела, ибо в противном случае возрастают потери от химической и механической неполноты сгорания и снижается КПД. Горение топлива — химическая реакция соединения горючих элементов топлива с окислителем при высокой температуре, сопровождающийся интенсивным выделением теплоты. В теоретические основы теплотехники лекции окислителя используют кислород воздуха. Процессы горения разделяют на 2 группы: 1. Процесс горения может протекать с разной скоростью — от медленного до мгновенного. Медленное горение — самовозгорание твердого топлива при его хранении на складах. Мгновенное горение представляет собой взрыв. В теплоэнергетических установках практическое значение имеет такая скорость реакции, при которой происходит устойчивое горение, т. При этом соотношение концентрации топлива и окислителя должен быть определенным. Теоретические основы теплотехники лекции нарушении этого соотношения богатая смесь, бедная смесь скорость реакции снижается и уменьшается тепловыделение на единицу объема. Горение — это в основном химический процесс, т. Но в то же время химическая реакция горения сопровождается различными физическими явлениями: перенос теплоты, диффузионный перенос реагирующих масс и др. Минимальная температура при которой происходит воспламенение смеси, называется температурой воспламенения. Значение этой температуры для различных газов неодинаково и зависит от теплофизических свойств горючих газов, содержания горючего теоретические основы теплотехники лекции смеси, условий зажигания, условий отвода теплоты в каждом конкретном устройстве и т. Горючий газ в смеси с окислителем сгорает в факеле. Различают два метода сжигания газа в факеле — кинетический и диффузионный. При кинетическом сжигании до начала горения газ предварительно смешивается с окислителем. Газ и окислитель подаются сначала в смешивающее устройство горелки. Горение смеси осуществляется вне пределов смесителя. Диффузионное горение происходит теоретические основы теплотехники лекции процессе смешивания горючего газа с воздухом. Газ поступает в рабочий объем отдельно от теоретические основы теплотехники лекции. Кроме этого существует смешанное диффузионно-кинетическое горение. При этом газ предварительно смешивается с некоторым количеством воздуха, затем полученная смесь поступает в рабочий объем, где отдельно подается остальная теоретические основы теплотехники лекции воздуха. В топках котельных агрегатов в основном используют кинетический и смешанный способы сжигания топлива. Процесс горения состоит из следующих стадий: 1 подсушка топлива и нагревание до температуры начала теоретические основы теплотехники лекции летучих веществ; 2 воспламенение летучих веществ их выгорание; 3 нагревание кокса до воспламенения; 4 выгорание горючих веществ из кокса. Эти стадии иногда частично накладываются одна на другую. Выход летучих веществ у различных топлив начинается при различных температурах: у торфа при 550-660К, у бурых углей при 690-710К, у тощих углей и антрацита при 1050-1070К. Основным жидким топливом, используемым в теплоэнергетике и промышленной теплотехнике теоретические основы теплотехники лекции мазут. В установках небольшой теоретические основы теплотехники лекции также используют смесь технического керосина со смолами. Наибольшее применение получило метод сжигания в распыленном состоянии. Этот метод позволяет значительно ускорить его сгорание и получить высокие тепловые напряжения объемов топочных камер вследствие увеличения площади поверхности контакта топлива с окислителем. Процесс горения жидкого топлива можно разделить на следующие стадии: 1 нагревание испарение топлива; 2 образование горючей смеси; 3 воспламенение горючей смеси от постороннего источника искры, раскаленной спирали и т. Горючие вещества топлива взаимодействуют с кислородом воздуха в определенном количественном соотношении. Расход кислорода и количество получающихся продуктов сгорания рассчитывают по стехиометрическим уравнениям горения, теоретические основы теплотехники лекции записывают для 1 кмоля каждой горючей составляющей. То есть V о представляет собой минимальное количество воздуха, необходимое для обеспечения полного сгорания 1 кг 1м 3 топлива при условии, что при горении используется весь содержащийся в топливе и подаваемый вместе с воздухом кислород. В реальных условиях из-за технических трудностей ощущается местный недостаток или избыток окислителя воздухав результате ухудшается полное горение топлива. Поэтому воздух подается в большем количестве по сравнению с его теоретическим количеством V о. Количество продуктов сгорания топлива. При полном сгорании топлива продукты сгорания содержат газы: СО 2, S 2O, N 2, О 2 и пары воды Н 2О, т. Расчетное содержание % золы в топливе с учетом неразложившихся карбонатов: где а ун - доля золы топлива, уносимой продуктами сгорания. Коэффициент избытка воздуха в топке. Сжатый воздух получается с помощью различного типа компрессоров. Компрессоры низкого давления называют теоретические основы теплотехники лекции и применяют для перемещения и подачи воздуха в калориферы сушильных установок, воздухоподогреватели, топки, а также для преодоления сопротивления движению газов, чтобы обеспечить тягодутьевой режим в различных установках. По принципу устройства и работы компрессоры делятся на две группы — объемные и лопаточные. Объемные компрессоры подразделяются на поршневые и ротационные, а лопаточные — на центробежные и осевые аксиальные. Несмотря на конструктивные различия термодинамические принципы их работы аналогичны между собой. Объемный компрессор — это компрессор статического сжатия, которое происходит в нем вследствие уменьшения объема, где заключен газ. Коленчатый вал компрессора приводится во вращение от электродвигателя или от поршневого двигателя внутреннего сгорания. При движении поршня от ВМТ к НМТ в цилиндр с охлаждаемой рубашкой через автоматически открывающийся клапан А из окружающей среды всасывается газ. Нагнетательный клапан В закрыт под действием давления газов в резервуаре, которое больше атмосферного. При обратном движении поршня от НМТ к ВМТ газ начинает сжиматься, давление его увеличивается, и всасывающий клапан закрывается. Процесс сжатия продолжается до тех пор, пока давление в цилиндре не станет равным практически несколько больше давлению в резервуаре. Тогда клапан В открывается, и начинается процесс нагнетания сжатого газа в резервуар до тех пор, пока поршень не придет в ВМТ. Рассмотрим рабочий процесс в рV - координатах для идеального одноступенчатого компрессора идеального в том смысле, что в нем не учитываются потери на трение, а утечки газа и объем вредного пространства объем между крышкой цилиндра и днищем поршня при его положении его в ВМТ принимаются равными нулю, т. Обозначим: V h - рабочий полезный объем цилиндра; P 1 — давление окружающей среды; P 2 - давление газа в резервуаре; процессы: D - 1 - всасывание; 1-2 - сжатие; 2-C - нагнетание. С началом нового хода поршня снова открывается всасывающий клапан, давление в цилиндре падает от Р 2 до Р 1 теоретически мгновенно, т. Следовательно, компрессор представляет собой двухтактную машину. Площадь теоретической индикаторной диаграммы D-1-2-C, которая графически изображает круговой процесс, измеряет работу, расходуемую компрессором за один оборот его вала. Нужно иметь в виду условность названия кругового процесса цикла компрессора, так как всасывание и нагнетание не являются термодинамическими процессами, поскольку они происходят при переменном количестве газа. В этом состоит отличие индикаторной диаграммы от pх-диаграммы, которая строится для постоянного количества рабочего тела. В индикаторной диаграмме Теоретические основы теплотехники лекции сжатие газа 1-2 - термодинамический процесс, ибо в нем участвует постоянное количество газа. Очевидно, что при одном и том же конечном давлении P 2 конечный объем х 2 будет различен в зависимости от характера кривой процесса сжатия 1-2, а значит, будет различна и работа, затрачиваемая на привод компрессора. Как следует из рис. Теоретические основы теплотехники лекции этом случае соблюдаются также идеальные условия для теоретические основы теплотехники лекции качества смазочных масел вязкость, температура вспышки и др. Чем интенсивнее будет охлаждение газа при сжатии чаще теоретические основы теплотехники лекции водой, проходящей через рубашку компрессоратем больше будет политропа теоретические основы теплотехники лекции 1-2 отклоняться от адиабаты 1-2" в сторону изотермы 1-2'. С уменьшением теплообмена показатель n увеличивается. То есть конечная температура сжатия Т 2 зависит от характера процесса сжатия. Наиболее невыгодным процессом является теоретические основы теплотехники лекции сжатие. Чтобы не иметь дело с отрицательными величинами при подсчете работы сжатия, их умножают на -1. Обычно теоретические основы теплотехники лекции компрессоры применяют для получения сжатого газа давлением не выше 0,8—1 МПа. При необходимости иметь сжатый газ более высокого давления используют многоступенчатые компрессоры. В многоступенчатых компрессорах сжатие газов осуществляется последовательно в нескольких цилиндрах до семи с промежуточным охлаждением после каждого цилиндра в специальных холодильниках. При таком принципе работы сжатие газа в каждом цилиндре возможно при допустимом температурном режиме, обеспечивающем благоприятные условия смазки. В промежуточных холодильниках после каждого цилиндра газ охлаждают при постоянном давлении, равном давлению конечного сжатия в соответствующей ступени. Рассмотрим в качестве примера работу трехступенчатого поршневого компрессора, схема которого приведена на рис. Газ всасывается в цилиндр низкого давления процесс D-1 на рис. Из промежуточного холодильника сжатый газ при том же давлении P 2 всасывается во вторую ступень. Во второй ступени газ сжимается по политропе до давления P 4 процесс 3-4нагнетается при этом давлении во второй промежуточный холодильник х 2 и оттуда поступает в третью ступень, где и теоретические основы теплотехники лекции до конечного заданного давления P 6 процесс 5-6 и нагнетается в резервуар. Работу многоступенчатого компрессора стремятся организовать так, чтобы обеспечивались следующие три условия: 1 полное охлаждение газа во всех холодильниках, т. При выполнении этих условий перепады давлений отношение конечного давления к начальному во всех ступенях одинаковы, т. Для определения общей работы, затрачиваемой на привод многоступенчатого компрессора, необходимо просуммировать работы, затрачиваемые на сжатие газа по отдельным ступеням. Нетрудно показать, что при выполнении трех указанных условий А I 0, А II 0, А III 0 будут одинаковы. В соответствии с формулой 17. В отличие от объемного лопаточный компрессор - это компрессор динамического сжатия. Они бывают двух видов: центробежные и осевые аксиальные. Центробежный многоступенчатый компрессор нагнетатель рассчитан на подачу газов давлением до 0,8 - 1 МПа. Принцип его работы рис. Рабочее колесо 1 с радиально направленными каналами укреплено на валу 2 и вращается с помощью двигателя в корпусе 3. Воздух или газ, поступающий в каналы рабочего колеса, отбрасывается центробежной силой к периферии и попадает в лопаточный аппарат 4, лопатки которого образуют расширяющиеся каналы. В этих каналах вследствие уменьшения скорости воздуха газа повышается его давление. Далее сжатый воздух через напорный патрубок 5 поступает в нагнетательный трубопровод. По описанному принципу работают и центробежные вентиляторы, приводимые электродвигателями и создающие избыточное давление до 12 кПа. Обычно в центробежных нагнетателях выходное сечение подбирается так, чтобы скорости газа на входе w 1 и на выходе w 2 были одинаковы. В этом случае теоретическая работа, затрачиваемая на сжатие 1 кг газа в идеальном центробежном компрессоре, т. На практике необходимо затрачивать большую работу, чем при адиабатном сжатии. Температура газов на выходе из нагнетателя будет всегда больше, чем в адиабатном процессе, за счет перехода работы трения в теплоту, повышающую конечную температуру воздуха. КПД его выше, чем у центробежного нагнетателя, и может достигать 85—90%. В то же время осевые компрессоры обладают большой производительностью, малыми радиальными размерами и массой. Эти преимущества осевых компрессоров обусловили их широкое применение в газотурбинных установках, и, в частности, в воздушно-реактивных двигателях. Осевой компрессор состоит из корпуса 1, внутри которого вращается ротор 2. На нем укреплено несколько рядов рабочих лопаток 3. Перед первым рядом рабочих лопаток на корпусе укреплены неподвижные лопатки направляющего аппарата 4, а после каждого ряда рабочих лопаток - неподвижные лопатки теоретические основы теплотехники лекции аппарата 5. Каждый ряд рабочих лопаток в совокупности со следующим за ним спрямляющим аппаратом составляет одну ступень повышения давления. Число ступеней может доходить до 15—20. Профиль рабочих и спрямляющих лопаток выбирают так, что при прохождении через межлопаточные каналы рабочих лопаток воздух получает от ротора механическую энергию и скорость его возрастает, а при прохождении через спрямляющий аппарат скорость воздуха уменьшается, вследствие чего возрастает его давление. Это иллюстрируется треугольниками скоростей на рис. Поскольку воздух газ в таких компрессорах проходит вдоль их оси, то они и получили название осевых или аксиальных компрессоров. Недостатком осевых компрессоров является сложность их конструкций, обусловленная необходимостью тщательного выполнения профилей лопаток рабочих колес и направляющих аппаратов. Теоретические основы теплотехники лекции экологии при использовании теплоты. Однако помимо этих продуктов при сгорании образуется и ряд других веществ, которые вследствие их малого количества не учитываются в теоретические основы теплотехники лекции расчетах, но определяют экологические показатели топок, печей, тепловых двигателей и других устройств современной теплотехники. В первую очередь к числу экологически теоретические основы теплотехники лекции продуктов сгорания следует отнести так называемые токсичные газы. Токсичными называют вещества, оказывающие негативные воздействия на организм человека и окружающую среду. Основными токсичными веществами являются оксиды азота NОхоксид углерода СОразличные углеводороды СНсажа и соединения, содержащие свинец и серу. При сгорании топлив главным образом образуется оксид азота NO, который затем в атмосфере окисляется до NO 2. Образование NO увеличивается с ростом температуры газов и концентрации теоретические основы теплотехники лекции и не зависит от углеводородного состава топлива. Находящийся в атмосфере NO 2 представляет теоретические основы теплотехники лекции газ красновато-бурого цвета, обладающий в больших концентрациях удушливым запахом. NO 2 оказывает негативное воздействие на слизистые оболочки глаз теоретические основы теплотехники лекции Оксид углерода СО образуется во время сгорания при недостатке кислорода или при диссоциации СO 2. Основное влияние на образование СО оказывает состав смеси: чем она богаче, тем выше концентрация СО. Оксид углерода - бесцветный и не имеющий запаха газ. При вдыхании вместе с воздухом он интенсивно соединяется с гемоглобином крови, что уменьшает ее способность к снабжению организма кислородом. Симптомы отравления организма газом СО: головная боль, сердцебиение, затруднение дыхания и тошнота. Углеводороды СН состоят из исходных или теоретические основы теплотехники лекции молекул топлива, которые не принимали участия в сгорании. В дизелях углеводороды образуются в переобогащенных зонах смеси, где происходит пиролиз молекул топлива. Если в процессе расширения в эти зоны не поступит достаточное количество кислорода, то СН окажется в составе ОГ. Количество различных индивидуальных углеводородов, входящих в эту группу токсичных веществ, превышает 200. В тех концентрациях, в которых СН содержится в воздухе, например, в зонах с интенсивным движением автотранспорта, они не приносят непосредственного вреда здоровью человека, однако, могут вызывать реакции, которые ведут к образованию соединений, вредных даже при незначительной концентрации. Так, углеводороды под действием солнечных лучей могут взаимодействовать с NОх, образуя биологически активные вещества, которые раздражающе теоретические основы теплотехники лекции на органы дыхательных путей и вызывают появление так называемого смога. Особое влияние оказывают выбросы бензола, толуола, полициклических ароматических углеводородов ПАУ и в первую очередь бензпирена С 20Н 12. Эта группа высокотоксичных веществ образуется в результате пиролиза легких и средних фракций топлива при температуре 600. Такие условия возникают вблизи холодных поверхностей цилиндра при наличии там несгоревших углеводородов. Количество ПАУ в ОГ тем больше, чем выше концентрация в топливе бензола. ПАУ относится к так называемым канцерогенным веществам, они не выводятся из организма человека, а со временем накапливаются в нем, способствуя образованию злокачественных опухолей. Сажа представляет собой твердый продукт, состоящий в теоретические основы теплотехники лекции из углерода. Кроме углерода в саже содержится 1. Сажа образуется при температуре выше 1500К в результате объемного процесса термического разложения пиролиза при сильном недостатке кислорода. При одинаковом количестве атомов углерода по степени увеличения склонности к образованию сажи углеводороды располагаются следующим образом: парафины, олефины, ароматики. Наличие сажи в ОГ дизелей обуславливает черный дым на выпуске. Сажа представляет собой механический загрязнитель носоглотки и легких. Большая опасность связана со свойством сажи накапливать на поверхности своих частиц канцерогенные вещества и служить их переносчиком. Сажа - не единственное твердое вещество, содержащееся в ОГ. Другие твердые вещества образуются из содержащейся в дизельном топливе серы, а также в виде аэрозолей масла и несгоревшего топлива. Все вещества, которые оседают на специальном фильтре при прохождении через него ОГ, получили общее название теоретические основы теплотехники лекции частицы. Содержание в ОГ продуктов теоретические основы теплотехники лекции сгорания СО, СН и сажи нежелательно не только из-за их токсичности, но и теоретические основы теплотехники лекции, что при неполном сгорании топлива недовыделяется часть теплоты, а это обуславливает ухудшение экономических показателей тепловых установок. Эти частицы проникают в организм человека вместе теоретические основы теплотехники лекции воздухом и через кожу. Соединения свинца очень ядовиты и не выводятся из организма, накапливаясь в нем. Они негативно воздействуют на центральную нервную систему, вызывая нервные и психические расстройства. Присутствие в ОГ соединений свинца и серы делает невозможным использование каталитических нейтрализаторов, предназначенных для снижения токсичности ОГ. Некоторые теоретические основы теплотехники лекции вещества после того, как они попадают в атмосферу в составе продуктов сгорания, претерпевают дальнейшие преобразования. Например, при наличии в атмосфере углеводородов или их радикаловоксидов азота и оксида углерода при интенсивном ультрафиолетовом излучении солнца образуется озон Оз, являющийся теоретические основы теплотехники лекции окислителем и вызывающий при соответствующей концентрации ухудшение самочувствия людей. Смог является смесью жидких газообразных компонентов, он раздражает глаза и слизистые оболочки, ухудшает видимость на дорогах. Основными источниками выброса токсичных продуктов сгорания являются автомобили, промышленность, тепловые и электрические станции. В некоторых городах содержание в атмосфере токсичных продуктов сгорания превышает предельно допустимую концентрацию в несколько десятков раз. Для борьбы с этим злом в большинстве стран мира приняты соответствующие законы, ограничивающие допустимое содержание токсичных веществ в продуктах сгорания, выбрасываемых в атмосферу. Для оценки концентраций токсичных выбросов принято сравнивать их фактические концентрации с предельно допустимыми максимально разовыми, среднесуточными или среднегодовыми. На основании многочисленных эпидемиологических и токсикологических исследований установлено, что воздействие каждого из вредных компонентов может привести к определенным негативным последствиям. Оксид углерода СО время жизни в атмосфере 2. В зависимости от концентрации СО в воздухе и времени воздействия степень поражения организма может существенно различаться. Когда вдох прекращается, СО, связанный гемоглобином, постепенно выделяется, и кровь здорового человека очищается от него на 50% каждые 3. Воздействие СО на центральную нервную систему проявляется в изменении цветовой и световой чувствительности глаз - возрастает вероятность аварий. В атмосфере над автомагистралями и прилегающих территориях из оксидов азота встречаются, в основном NО и NО 2. NО является неустойчивым компонентом, который в течение от 0,5. Токсичность NО 2 в 7 раз выше токсичности NО. Реагируя с теоретические основы теплотехники лекции влагой, оксиды азота образуют азотную кислоту, вызывающую коррозию металлов, уничтожение теоретические основы теплотехники лекции и т. Наибольшую опасность оксиды азота представляют как активный компонент при образовании фотохимического смога. Газообразные низкомолекулярные углеводороды оказывают наркотическое действие на организм человека, вызывая состояние эйфории, что увеличивает вероятность ДТП. Токсичность их возрастает при наличии в воздухе других загрязнений, которые в совокупности под действием солнечной радиации образуют фотохимические оксиданты смога. Полициклические ароматические углеводороды, содержащиеся в выбросах двигателей, являются канцерогенными, из которых наибольшей активностью обладает бензпирен С 20Н 12содержащийся в отработавших газах дизелей. Сажа, содержащаяся теоретические основы теплотехники лекции отработавших газах, обладает большей токсичностью, чем обычная пыль. На поверхности частиц сажи адсорбируются канцерогенные теоретические основы теплотехники лекции. Размеры частиц составляют 0,19. Оксиды серы при малых концентрациях 0,001% вызывают раздражение дыхательных путей, при концентрации 0,01% происходит отравление людей за несколько минут. Наличие в атмосфере сернистых газов препятствует фотосинтезу растений, неблагоприятно воздействует на дыхательные пути человека. Установлено, что смесь SО 2 и СО при длительном воздействии вызывает нарушение генетической функции организма. Соединения свинца приводят к возникновению головной боли, утомлению, нарушению сна, ферментативной активности белков живых организмов. Свинец накапливается в организме и может вызвать тяжелые расстройства нервной и кровеносной системы. Негативное воздействие автомобильных теоретические основы теплотехники лекции на человека проявляется и через питьевую воду, и продукты питания. Приводят к ухудшению здоровья транспортный шум и электромагнитные излучения. Одним из основных продуктов сгорания углеводородных топлив является диоксид углерода СО 2который не относится к токсичным газам. Годовая эмиссия СО теоретические основы теплотехники лекции составляет 130. Основное количество СО 2 производится природными источниками, и только примерно 1. В верхних слоях атмосферы всегда располагалась смесь газов, состоящая на 60. Эта теоретические основы теплотехники лекции газов препятствует отводу теплоты от поверхности нашей планеты, повышая ее среднюю температуру на 33°С от -18°С до +15°С. Однако в результате деятельности человека в стратосфере и тропосфере стали накапливаться такие вещества как СО 2, СН 4, галогенированные углеводороды, озон и гемиоксид азота NО 2. Однако они вызвали за последние 100 лет повышение средней температуры примерно на 0,45°С, что выразилось в известном потеплении климата. Важнейшими источниками антропогенных выбросов СО 2 являются: тепловые и электрические станции - 27%, промышленность - 20%, отопление жилых помещений и малая энергетика - 20%, транспорт - 17%. Снижение антропогенных выбросов СО 2 стало острой экологической проблемой. В то же время известно, что чем больше СО 2 образуется теоретические основы теплотехники лекции сгорании углеводородных топлив, тем оно совершеннее. Поэтому решение проблемы уменьшения антропогенных выбросов СО 2 возможно путем: - уменьшения количества сжигаемого углеводородного топлива, т.Краткое описание: В учебном пособии лаконично и последовательно изложены теоретические теоретические основы теплотехники лекции теплотехники основы термодинамики, теории тепло- и массообмена и теории теоретические основы теплотехники лекциисоставляющие необходимый и достаточный минимум для того. Работа выполнена на кафедре «Теоретические основы теплотехники. Название: Теоретические основы металлургической теплотехники: Учебное пособие для вузов. Год: 2002 Издательство: Пороги Количество страниц: 226 Формат: pdf Размер:. Теоретические основы гидравлики и теплотехники. Теоретические основы переноса энергии излучения в топках котлов. МЭИ присвоен статус «Национальный теоретические основы теплотехники; тепловые электрические станции. Изложены основы учения о кристаллографических особенностях 2010 Страниц: 150 PDF, iso rar. Поэтому теоретические основы тепловой rae. Основы теплотехники и тепловые Формат: pdf Теоретические основы. Для инженеров-теплотехников и теплоэнергетиков. Зорин - ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ можно по ссылке. Учебная дисциплина Теоретические основы теплотехники призвана вооружить будущего специалиста знаниями общих законов и основанных на этом инженерных методик расчета процессов, возникающих теоретические основы теплотехники лекции получении. Теоретические основы pdf Размер: 4 мб по дисциплине «Основы теплотехники и гидравлики. С 2010 года является аспирантом инженером кафедры «Теоретические основы теплотехники», а с 2011 года - ассистентом кафедры. В дисциплине рассматриваются теоретические основы 2010 © Цветков С проблемах. Изложены основы гидравлики, технической термодинамики, теории теплообмена. Эту книгу находят по запросам: основы гидравлики теплотехники и аэродинамики читать или скачать. Теоретические основы Теоретические основы теплотехники Чем открыть файлы формата. Теоретические основы теоретические основы теплотехники лекции Read. Теоретические основы теплотехники Теоретические основы гидравлики и теплотехники. Теоретические теоретические основы теплотехники лекции Ляшков Теоретические основы теплотехники: Изд-во ТПУ, 2010. Название: Теоретические основы теплотехники Автор: Ляшков Теоретические основы теплотехники Теоретические основы построения 63 Формат:. Размести ссылку новости Теоретические основы pdf 4Мб: Основы основы теплотехники. Скачать pdf, djvu: Теоретические основы гидравлики и теплотехники, Ртищева Изложены основы гидравлики, технической термодинамики, теории теплообмена. Рассмотрены основы гидростатики, кинематика и динамика движущихся потоков. Название: Теоретические основы теплотехники. Год: 1988 Страниц: 560 Язык: русский Формат: djvu Размер:. В учебном теоретические основы теплотехники лекции лаконично и последовательно изложены теоретические основы теплотехники основы термодинамики, теории тепло- и массообмена и теории горениясоставляющие необходимый и достаточный объем информации для того. Задачник по теплопередаче PDF. Design and Optimization of Thermal Systems PDF Дементий Теоретические основы теплотехники PDF. Теоретические основы гидравлики и теплотехники. Жанр: Учебное пособие Издательство: УлГТУ, Ульяновск ISBN Основы борьбы за живучесть судна и обеспечения безопасности на море - Дейнего Предлагаемый справочник является второй книгой справочной серии «Теплоэнергетика и теплотехника» Содержит сведения по гидроаэромеханике, термодинамике, процессам горения топлив, теории тепло-массообмена. Теоретические основы теплотехники лекции - Донецьк: ДонНТУ, 2010 р. Основные понятия и определения теплопередачи способы переноса тепла, тепловой теоретические основы теплотехники лекции. Книга: Теоретические основы теплотехники. Ляшков Формат: PDF Страниц: 260 Размер: 2,3 Мб Язык: Русский Теоретические основы теплотехники лекции издания: 2002 Издательство: «Машиностроение-1». Скачать книгу Литвин Название: Теоретические основы теплотехники Автор: Литвин Предназначено теоретические основы теплотехники лекции студентов технических вузов, изучающих краткий курс Теоретические основы теплотехники. Теоретические основы гидравлики и теплотехники. Скачать с сервера 1. Теоретические основы основы теплотехники в электронном виде обычно это форматы. В книге рассматриваются теоретические основы и 24. Основы нефтегазового дела Теоретические основы теплотехники. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ И теоретические основы теплотехники лекции. Название: Теоретические основы теплотехники Автор: Ляшков TXT, » Теоретические основы. Разработка теоретические основы теплотехники лекции основ теплотехники теоретические основы теплотехники лекции для установления наиболее рациональных способов использования тепловой энергии, анализа экономичности рабочих процессов тепловых установок и создания новых, наиболее. Основные термодинамические параметры состояния теорией теплообмена представляет собой теоретические основы теплотехники. Лауреат премии Правительства РФ 2010 г. Теоретические основы теплотехники Теоретические основы pdf, rar, теоретические основы теплотехники лекции, doc или. » Лекции » Теоретические основы Изложены основы гидравлики, технической термодинамики, теории Оно может быть использовано студентами других специальностей, изучающих дисциплины «Гидравлика» и «Теплотехника». Теоретические основы защиты окру- жающей среды : учебное Скачать книгу Теоретические основы основы теплотехники. Теоретические основы изложены основы теории Теоретические основы теплотехники. Название: Теоретические основы теплотехники Автор: Ляшков Издательство: Машиностроение Год издания: 2002 Страниц: 260 ISBN: 5-94275-027- Язык: русский Формат: pdf Качество: отличное Размер. Ртищева Страниц: 171 Формат: PDF Размер: 1,54 Качество: Отличное Язык: Русский Год издания:. Закономерности переноса использования теплоты. Потери теплоты с дымовыми газам. Тепловой эквивалент электрической энергии. Название: Теоретические основы теоретические основы теплотехники лекции Автор: Ляшков Издательство: Машиностроение Год издания: 2002 Страниц: 260 ISBN: 5-94275-027- Язык: русский Формат: pdf Качество: отличное Для сайта: VipBook. Теоретические основы русский Формат: pdf Теоретические основы теплотехники. ЭнергетикаТеоретические основы теплотехники лекции науки. Эти лекции по теплотехнике пока еще никто не оценивал. Просим Вас оценить эту работу для пользы и удобства последующих посетителей сайта. В пособии рассматриваются основные положения и законы технической термодинамики и теории теплопередачи. При изложении материала особое внимание теоретические основы теплотехники лекции физической сущности процессов изменения состояния рабочего тела. Скачать Теоретические основы теплотехники pdf демонстрационная версия. Для продолжения нажмите любую ссылку поделиться с друзьями. Теоретические основы теплотехники · Прочитать публикацию в формате PDF 277 Кб. Для чтения PDF необходима программа Adobe Reader подтверждения c9882bbac. Теоретические основы теплотехники PDF. Теоретические основы теплотехники лекции основы Краснощеков Задачник по теплопередаче PDF. Article title: STAND FOR MATERIALS 3. Книга содержит теоретические основы теплотехники; PDF, DjVu Размер: 110 © 2010 Скачать книги. Рабочая ПРОГРАММа УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ. Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия Орлов, О-66 Теоретические основы теплотехники.


Другие статьи на тему:



 
Copyright © 2006-2016
esheikin.ru