Сучасний стан тепло енергопостачання

ЗМІСТ

ВСТУП........................................................................................................................................... 4

Лекція 1.......................................................................................................................................... 5

Лекція 2....................................................................... Ошибка! Закладка не определена.

Лекція 3.......................................................................................................................................... 9

Лекція 4........................................................................................................................................ 13

Лекція 5........................................................................................................................................ 14

Лекція 6........................................................................................................................................ 24

Лекція 7........................................................................................................................................ 29

Лекція 8........................................................................................................................................ 31

Лекція 9........................................................................................................................................ 35

Лекція 10..................................................................................................................................... 40

Лекція 11..................................................................................................................................... 41

Лекція 12..................................................................................................................................... 50

Лекція 13..................................................................................................................................... 53

Лекція 14..................................................................................................................................... 55

Лекція 15..................................................................................................................................... 58

Лекція 16..................................................................................................................................... 62

Лекція 17..................................................................................................................................... 67

Лекція 18..................................................................................................................................... 69

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА..................................................................................... 72

ВСТУП

Мета курсу лекцій – теоретично і практично підготувати майбутніх фахівців по методах отримання, перетворення, передачі і використання теплоти в такій мірі, щоб вони могли вибрати і при потребі експлуатувати необхідне теплотехнічне обладнання, при цьому максимально економити теплові енергоресурси і матеріали, інтенсифікувати і оптимізувати технологічні процеси, виявляти і використовувати вторинні і нетрадиційні теплоенергоресурси.

Задача курсу лекцій – формування у студентів наступних знань та умінь: теплотехнічної термінології, законів отримання і перетворення енергії, методів аналізу ефективності використання теплоти; принципів дії, конструкцій, областей застосування і потенціальних можливостей теплових двигунів і теплообмінників.

Курс лекцій складений на основі типових програм із теплотехнічних дисциплін (індекс ГУМУ – 15/1 затвердженої головним учбово-методичним управлінням вищої освіти 29.09.1988 р.)

Після засвоєння дисципліни майбутній інженер-механік повинен знати роль і значення теплових процесів, що відбуваються в різних теплоенергетичних агрегатах і машинах, які використовуються в машинобудівній галузі.

Курс лекцій сприятиме формуванню знань в області філософії (тлумачення першого і другого законів термодинаміки), в економічній області (правильна оцінка рішень, направлених на економію паливно-енергетичних ресурсів) і захист навколишнього середовища від шкідливих викидів роботи теплових машин. Заснований на знаннях, отриманих при вивченні вищої математики, фізики, хімії і є основою для розуміння таких дисциплін, як автомобільні двигуни, автомобілі і трактори, технологічні процеси у виробництві та переробці сільськогосподарської продукції та інших технологіях, що використовують теплову енергію.

Теоретичні основи теплотехніки

 

Лекція 1

 

Вступ. Теоретичні основи теплотехніки (ТОТ), її місце і роль у підготовці фахівців. Зв’язок ТОТ з іншими галузями знань. Історія становлення, роль в розвитку нової техніки і технологій. Проблеми економії паливно-енергетичних ресурсів. Шляхи підвищення ефективності теплоенергопостачання і захист навколишнього середовища.

 

ТОТ—загально-інженерна дисципліна, що вивчає закономірності перетворення теплоти, роботи і внутрішньої енергії, а також властивості робочих тіл, які беруть участь в цьому перетворенні. Вивчає методи отримання передачі і використання перерахованих видів енергій, принципові особливості конструкцій теплових машин, тепло і парогенераторів, теплообмінників та їх розрахунки.

Теоретичною основою ТОТ є два розділи науки:

1. Технічна термодинаміка.

2. Теорія тепло-масообміну (теплопередача).

 

Сучасний стан тепло енергопостачання

1. У багатьох розвинутих державах (Франція, Японія, Росія) спостерігається подальше зростання використання і виробництва теплової енергії на основі перспективних ядерних реакторів. Це реактори, працюючі на швидких нейтронах.

2. Продовження робіт по освоєнню і промисловому впровадженню магніто-гідродинамічного метода отримання електричної енергії (МГД—метода). Принцип полягає в отриманні електроенергії з енергії плазми. Відсутні рухомі частини конструкцій. ККД=55-60%.

3. Подальше вдосконалення конструкцій елементів паросилових установок(ПСУ) на основі яких працюють теплові електричні станції (ТЕС). Так, порівняно з 50-ми роками XX ст. параметри використовуваної пари змінились наступним чином. Було: тиск 2,5—3,0 МПа, температура 400—450°С з коефіцієнтом корисної дії (ККД) до 35%; є—тиск перегрітої пари після пароперегрівача 25—30 МПа, температура 650—700°С з ККД до 45%.

4. Ширше використання газотурбінних установок (ГТУ) невеликої потужності до 100 кВт·год, що дозволяє гнучкіше покривати піки споживання електричної енергії. Принцип дії ГТУ полягає в отриманні електричної енергії від обертання робочого колеса турбіни продуктами згоряння з високим тиском.

5. Використання комбінованого методу виробництва теплової і електричної енергії на теплоелектроцентралях (ТЕЦ).

6. Метод отримання електричної енергії від використання термоелектричних перетворювачів, що дозволяє безпосередньо перетворювати теплоту в електроенергію з ККД до 20%.

7. Подальші наукові дослідження над установками для безпосереднього перетворення хімічної енергії палива в електричну. Тобто створення електрохімічних генераторів енергії. Їх ККД сягає 80%. Перші зразки, працюючі на Η₂ і O₂ вже впроваджені в розвинутих країнах.

8. Продовження вдосконалення установок, використовуючи нетрадиційні поновлювані джерела енергії (НПДЕ),—вітру, сонця, термальних вод, припливів і відпливів, температурного градієнта глибини землі або океану.

9. Застосування методів і шляхів у відповідних комбінаціях перелічених вище способів отримання теплової, електричної енергій з максимальним використанням вторинних енергетичних ресурсів (ВЕР) і повної бережливості.

 

 Технічна термодинаміка

Основні поняття і визначення технічної термодинаміки. Предмет і метод технічної термодинаміки. Основні визначення. Основні теплотехнічні величини і їх розмірності в системі СІ. Основні параметри стану. Теплоємність. Масова, об’ємна молярна теплоємності. Теплоємність при сталих об’ємі і тиску. Середня і істинна теплоємності. Залежність теплоємності від температури.

 

Технічна термодинаміка—теоретичний розділ ТОТ—наука, яка вивчає закони перетворень між теплотою, роботою, внутрішньою енергією, властивості робочих тіл, за допомогою яких відбуваються ці перетворення у теплових машинах, принципи дій, конструктивні особливості усіх теплових машин, двигунів тощо.

Предметом технічної термодинаміки є визначення термічного ККД, який вказує на долю зовнішньої корисної роботи, отриманої із підведеної теплоти. Метою термодинамічного аналізу роботи теплової машини є визначення термічного ККД, величин, які впливають на його зростання, аналіз з метою підвищення термічного ККД, а отже і підвищення ефективності машини. Подальший крок— вдосконалення конструкції машини та властивостей робочого тіла.

Основні теплотехнічні одиниці вимірювань величин у системі СІ.

Одиниця довжини [м];

 Маси [кг];

 Часу [с];

 Температури [К,°С];

 Теплової енергії роботи [Дж];

 Тиску [Па];

 Тепловий потік; потужність [Вт=Дж /с];

 Густина теплового потоку [ВТ/м²];

 Кількість речовини [кмоль];

                                 Основні поняття і визначення.

Робоче тіло—газ, рідина та їх суміші. Найбільш широко використовуване робоче тіло—водяна пара. У процесі виконання термодинамічного циклу робочим тілом, воно змінює свої фізико-хімічні властивості.

Джерело теплоти—тіло, яке віддає або сприймає від іншого теплову енергію.

Верхнє джерело теплоти (тепловіддатчик)—віддає конструкції машини або іншому тілу теплоту.

Нижнє джерело теплоти (теплоприйомник)—сприймає від конструкції машини або іншого тіла теплоту. Для теплових машин таким джерелом є навколишнє середовище.

Термодинамічна система—множина верхнього та нижнього джерел теплоти, конструкції машини і робочого тіла або окремо вибраний об’єкт для термодинамічних досліджень.

Термодинамічний процес—зміна стану або хоча б одного із параметрів робочого тіла. Розрізняють ізобарний (Р=const), ізохорний (V=const), ізотермічний (T=const), адіабатний(Q=const)—без теплообміну з оточуючим середовищем, політропний (C=const) термодинамічні процеси.

Термодинамічний цикл—замкнений термодинамічний процес. Усі машини працюють за циклами.

Параметри робочого тіла—величини, які характеризують стан робочого тіла. Розрізняють основні параметри робочого тіла, теплові або калоричні, допоміжні параметри робочого тіла.