ЛЕКЦИЯ 1. Предмет и метод термодинамики. Термодинамическая система

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...........................................................................................................................
ЛЕКЦИЯ 1. Предмет и метод термодинамики.....................................................................
Термодинамическая система.............................................................................
Термодинамические параметры состояния.....................................................
Уравнение состояния.........................................................................................
Термодинамический процесс..........................................................................
Теплоемкость газов...........................................................................................
ЛЕКЦИЯ 2. Смеси идеальных газов....................................................................................
Аналитическое выражение первого закона термодинамики............................
ЛЕКЦИЯ 3. Внутренняя энергия...........................................................................................
Работа расширения..........................................................................................
Теплота................................................................................................................
Энтальпия..............................................................................................................
Энтропия..............................................................................................................
ЛЕКЦИЯ 4. Общая формулировка второго закона..............................................................
Прямой цикл Карно..............................................................................................
Обратный цикл Карно.........................................................................................
Изменение энтропии в неравновесных процессах...........................................
ЛЕКЦИЯ 5. Термодинамические процессы идеальных газов в закрытых системах.........
Эксергия................................................................................................................
ЛЕКЦИЯ 6. Термодинамические процессы реальных газов................................................
Уравнение состояния реальных газов...............................................................
ЛЕКЦИЯ 7. Уравнение первого закона термодинамики для потока...................................
Истечение из суживающегося сопла..................................................................
Основные закономерности течения газа в соплах и диффузорах...................
Расчет процесса истечения с помощью h-s диаграммы....................................
Дросселирование газов и паров..........................................................................
ЛЕКЦИЯ 8. Термодинамическая Эффективность циклов теплосиловых установок.........
Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания....................................
Циклы газотурбинных установок.......................................................................
Циклы паротурбинных установок....................................................................
Циклы Карно и Ренкина насыщенного пара. Регенерация теплоты...............
Цикл Ренкина на перегретом паре......................................................................
Термический КПД цикла....................................................................................
Теплофикация.......................................................................................................
ЛЕКЦИЯ 9. Основные понятия и определения....................................................................
Теория теплопроводности...................................................................................
Задачи....................................................................................................................
ЛЕКЦИЯ 10. Теплопередача....................................................................................................
Плоская стенка....................................................................................................
Цилиндрическая стенка......................................................................................
Интенсификация теплопередачи.......................................................................
Тепловая изоляция..............................................................................................
Задачи по теплопередаче....................................................................................
ЛЕКЦИЯ 11. Конвективный теплообмен. Основной закон конвективного теплообмена.
Пограничный слой..............................................................................................
Числа подобия.....................................................................................................
Массообмен..........................................................................................................
ЛЕКЦИЯ 12. Частные случаи конвективного теплообмена. Поперечное обтекание одиночной трубы и пучка труб..........................................................................
Течение теплоносителя внутри труб.................................................................
Теплоотдача при естественной конвекции........................................................
Теплоотдача при конденсации............................................................................
Ориентировочные значения коэффициентов теплоотдачи..............................
ЛЕКЦИЯ 13. Описание процесса излучения. Основные определения...............................
Теплообмен излучением системы тел в прозрачной среде..............................
Перенос лучистой энергии в поглощающей и излучающей среде.................
ЛЕКЦИЯ 14. Теплообменные аппараты................................................................................
Типы теплообменных аппаратов.......................................................................
Расчетные уравнения..........................................................................................
ЛЕКЦИЯ 15. Термодинамический анализ топливосжигающих устройств.......................
Полезная тепловая нагрузка печи.......................................................................
Расчет процесса горения топлива в печи............................................................
Тепловой баланс печи, коэффициент полезного действия, расход топлива...
ЛЕКЦИЯ 16. Котельные установки. Общие сведения........................................................
Устройство парового котла..................................................................................
Тепловой баланс парового котла. Коэффициент полезного действия.............
ЛЕКЦИЯ 17. Состав и основные характеристики жидкого топлива...................................
Состав и основные характеристики газообразного топлива.............................
Теплота сгорания топлива....................................................................................
Количество воздуха, необходимого для горения. Теплота «сгорания» воздуха.................................................................................................................
Объемы и состав продуктов сгорания..................................................................
ЛЕКЦИЯ 18. Вторичные энергоресурсы. Классификация ВЭР..........................................
Методы использования тепловых ВЭР................................................................
Установки для внутреннего теплоиспользования...............................................
Котлы-утилизаторы..............................................................................................
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..............................................................

ВВЕДЕНИЕ

 

В последние годы ученые всего мира со все большим беспокойством говорят о повышении концентрации СО₂ в атмосфере. Если эти опасения подтвердятся, человечеству в не таком уж отдаленном будущем придется резко ограничить потребление углеродсодержащих топлив. Кроме выбросов СО₂ топливосжигающие и теплоэнергетические установки производят тепловые загрязнения (выбросы нагретой воды и газов), химические (оксиды серы и азота), золу и сажу, которые с увеличением масштаба производства также создают серьезные проблемы.

Однако экономические факторы стимулируют резкое увеличение степени использования добываемого топлива. Вместе с тем пока еще энергетическая эффективность многих технологических процессов чрезвычайно низка, ибо технологи, разрабатывая соответствующие процессы, зачастую не ставили во главу угла вопросы экономии топлива.

Высокие цены на топливо (прежде всего нефть) на мировом рынке стимулируют разработку энергосберегающих технологий. Главная роль в разработке менее энергоемких технологий принадлежит технологам. Эту задачу невозможно решить без глубоких знаний основных законов теплотехники.

Сегодня выгоднее вкладывать средства не в увеличение добычи топлива, чтобы продолжать расходовать его с низкой эффективностью, а в разработку технологических процессов, обеспечивающих более экономное его использование. В целом более 90 % всей используемой человечеством энергии приходится на ископаемые органические топлива. Это определяет роль теплотехники – общеинженерной дисциплины, изучающей методы получения, преобразования, передачи, и использования теплоты и связанных с этим аппаратов и устройств.

 

 

ЛЕКЦИЯ 1

Термодинамика изучает зако­ны превращения энергии в различных процессах, происходящих в макроскопи­ческих системах и сопровождающихся тепловыми… В зависимости от задач исследования рассматривают техническую или химиче­скую… Рассматривая только макроскопиче­ские системы, термодинамика изучает закономерности тепловой формы движе­ния материи,…

Термодинамическая система

Выбор системы произволен и дикту­ется условиями решаемой задачи. Тела, не входящие в систему, называют окру­жающей средой. Систему отделя­ют от… Механическое и тепловое взаимодей­ствия термодинамической системы… В самом общем случае система мо­жет обмениваться со средой и веществом (массообменное взаимодействие). Такая система…

Термодинамические параметры состояния

Давление обусловлено взаимо­действием молекул рабочего тела с по­верхностью и численно равно силе, дей­ствующей на единицу площади повер­хности тела… , (1.1) где n — число молекул в единице объема;

Уравнение состояния

Для равновесной термодинамической системы существует функциональная связь между параметрами состояния, ко­торая называется уравнением со­стояния. Опыт показывает, что удель­ный объем, температура и давление про­стейших систем, которыми являются газы, пары или жидкости, связаны термическим уравнением состо­яния вида .

Уравнению состояния можно придать другую форму:

Эти уравнения показывают, что из трех основных параметров, определяю­щих состояние системы, независимыми являются два любых.

Для решения задач методами термо­динамики совершенно необходимо знать уравнение состояния. Однако оно не мо­жет быть получено в рамках термодина­мики и должно быть найдено либо экспе­риментально, либо методами статистиче­ской физики. Конкретный вид уравнения состояния зависит от индивидуальных свойств вещества.

Уравнение состояния идеальных га­зов

Из уравнений (1.1) и (1.2) следует, что .

Рассмотрим 1 кг газа. Учитывая, что в нем содержится N молекул и, следова­тельно, , получим: .

Постоянную величину Nk, отнесен­ную к 1 кг газа, обозначают буквой R и называют газовой постоян­ной. Поэтому

, или . (1.3)

Полученное соотношение представляет собой уравнение Клапейрона.

Умножив (1.3) на М, получим урав­нение состояния для произвольной массы газа М:

. (1.4)

Уравнению Клапейрона можно при­дать универсальную форму, если отнести газовую постоянную к 1 кмолю газа, т. е. к количеству газа, масса которого в килограммах численно равна молеку­лярной массе μ. Положив в (1.4) М=μ и V=V μ, получим для одного моля урав­нение Клапейрона — Менделеева:

.

Здесь — объем киломоля газа, а — универсальная газовая постоянная.

В соответствии с законом Авогадро (1811г.) объем 1 кмоля, одинаковый в одних и тех же условиях для всех иде­альных газов, при нормальных физических условиях равен 22,4136 м³, поэтому

Газовая постоянная 1 кг газа составляет .

Уравнение состояния реальных га­зов

В реальных газах вотличие от иде­альных существенны силы межмолеку­лярных взаимодействий (силы притяже­ния, когда молекулы находятся на значи­тельном расстоянии, и силы отталкивания при достаточном сближении их друг с другом) и нельзя пренебречь собствен­ным объемом молекул.

Наличие межмолекулярных сил от­талкивания приводит к тому, что молеку­лы могут сближаться между собой толь­ко до некоторого минимального расстоя­ния. Поэтому можно считать, что свобод­ный для движения молекул объем будет равен , где b — тот наименьший объем, до которого можно сжать газ. В соответствии с этим длина свободного пробега молекул уменьшается и число ударов о стенку в единицу времени, а следовательно, и давление увеличива­ется по сравнению с идеальным газом в отношении , т. е.

.

Силы притяжения действуют в том же направлении, что и внешнее давле­ние, и приводят к возникновению молеку­лярного (или внутреннего) давления. Сила молекулярного притяжения каких-либо двух малых частей газа пропорцио­нальна произведению числа молекул в каждой из этих частей, т. е. квадрату плотности, поэтому молекулярное давле­ние обратно пропорционально квадрату удельного объема газа: рмол = а/v², где а — коэффициент пропорциональности, зависящий от природы газа.

Отсюда получаем уравнение Ван-дер-Ваальса (1873 г.):

,

или

.

При больших удельных объемах и сравнительно невысоких давлениях ре­ального газа уравнение Ван-дер-Ваальса практически вырождается в уравнение состояния идеального газа Клапейрона, ибо величина a/v²

(по сравнению с p) и b (по сравнению с v) становятся прене­брежимо малыми.

Уравнение Ван-дер-Ваальса с ка­чественной стороны достаточно хорошо описывает свойства реального газа, но результаты численных расчетов не всег­да согласуются с экспериментальными данными. В ряде случаев эти отклонения объясняются склонностью молекул ре­ального газа к ассоциации в отдельные группы, состоящие из двух, трех и более молекул. Ассоциация происходит вслед­ствие несимметричности внешнего элек­трического поля молекул. Образовавши­еся комплексы ведут себя как самостоя­тельные нестабильные частицы. При столкновениях они распадаются, затем вновь объединяются уже с другими мо­лекулами и т. д. По мере повышения тем­пературы концентрация комплексов с большим числом молекул быстро уменьшается, а доля одиночных молекул растет. Большую склонность к ассоциа­ции проявляют полярные молекулы во­дяного пара.

Термодинамический процесс

Как уже отмечалось, система, выве­денная из состояния равновесия, и пре­доставленная при постоянных парамет­рах окружающей среды самой себе, че­рез… называется релаксацией, а промежуток времени, в течение которого система… Термодинамический процесс называется равновесным, если все пара­метры системы при его протекании меня­ются достаточно…

Теплоемкость газов

. Обычно теплоемкость относят к еди­нице количества вещества и в зависимо­сти от… удельную массовую теп­лоемкость c , отнесенную к 1 кг газа,

ЛЕКЦИЯ 2

Смеси идеальных газов

Закон Дальтона.В инженерной прак­тике часто приходится иметь дело с газо­образными веществами, близкими по свойствам к идеальным газам и… Основным законом, определяющим поведение газовой смеси, является закон…

Работа расширения

Рассмотрим газ массой М и объемом V, заключенный в эластичную оболочку с поверхностью F.      

Теплота

Теплота может передаваться либо при непосредственном контакте между телами (теплопроводностью, конвек­цией), либо на расстоянии (излучением), причем… Как будет показано ниже, элементар­ное количество теплоты , так же как и L, не… Внутренняя энергия — это свойство самой системы, она характеризует состо­яние системы. Теплота и работа — это…

Энтальпия

В термодинамике важную роль игра­ет сумма внутренней энергии системы U и произведения давления системы р на ее объем V, называемая энтальпией и обозначаемая Н:

.

Так как входящие в нее величины явля­ются функциями состояния, то и сама энтальпия является функцией состояния. Так же как внутренняя энергия, ра­бота и теплота, она измеряется в джоу­лях (Дж).

Энтальпия обладает свойством адди­тивности. Величина

,

называемая удельной энталь­пией (h = H/M), представляет собой энтальпию системы, содержащей 1 кг ве­щества, и измеряется в Дж/кг.

Поскольку энтальпия есть функция состояния, то она может быть представ­лена в виде функции двух любых пара­метров состояния:

; ; ,

а величина dh является полным диффе­ренциалом.

Изменение энтальпии в любом про­цессе определяется только начальным и конечным состояниями тела и не за­висит от характера процесса.

Физический смысл энтальпии выяс­ним на следующем примере. Рассмотрим расширенную систему, включающую газ в цилиндре и поршень с грузом общим весом G .

Энергия этой системы складывается из внутренней энергии га­за и потенциальной энергии поршня с грузом в поле внешних сил:. В условиях равновесия (G = pF) эту функцию можно выразить через па­раметры газа:. Получаем, что , т.е. энтальпию можно трактовать как энергию расши­ренной системы.

Уравнение в случае, когда единственным видом ра­боты является работа расширения, с уче­том очевидного соотношения может быть записано в виде , или

.

Из этого соотношения следует, что если давление системы сохраняется неизменным, т. е. осуществляется изобар­ный процесс (dp=0), то

и .

т. е. теплота, подведенная к системе при постоянном давлении, идет только на из­менение энтальпии данной системы.

Это выражение очень часто исполь­зуется в расчетах, так как огромное ко­личество процессов подвода теплоты в теплоэнергетике (в паровых котлах, камерах сгорания газовых турбин и ре­активных двигателей, теплообменных ап­паратах), а также целый ряд процессов химической технологии и многих других осуществляется при постоянном давле­нии. Кстати, по этой причине в таблицах термодинамических свойств обычно при­водятся значения энтальпии, а не внут­ренней энергии.

Для идеального газа с учетом получим

Так как между энтальпией и внутрен­ней энергией существует связь , выбор начала отсчета одной из них не произволен: в точке, принятой за начало отсчета внутренней энергии, h = pv.

На­пример, для воды при t=0.01ºC и р =610,8 Па, u = 0, a

h = pv = 0,611 Дж/кг.

При расчетах практический интерес представляет изменение энтальпии в ко­нечном процессе: .

Энтропия

В математике доказывается, что диф­ференциальный двучлен всегда можно превратить в полный дифференциал пу­тем умножения (или деления) на… Покажем это на примере изменения параметров идеального газа в равновес­ных… . (3.3)

ЛЕКЦИЯ 4

Общая формулировка второго закона термодинамики

В 1755 г. французская Академия наук «раз и навсегда» объявила, что не будет больше принимать на рассмотрение какие-либо проекты вечных двигателей. … Рисунок 4.1 - Термодинамическая схема теплового двигателя

Прямой цикл Карно

Итак, для превращения теплоты в работу в непрерывно действующей ма­шине нужно иметь, по крайней мере, тело или систему тел, от которых можно было бы получить теплоту (горячий источ­ник); рабочее тело, совершающее термо­динамический процесс, и тело, или систе­му тел, способную охлаждать рабочее тело, т. е. забирать от него теплоту, не превращенную в работу (холодный источник).

Рассмотрим простейший случай, ког­да имеется один горячий с температу­рой T1 и один холодный с температурой T2 источники теплоты. Теплоемкость каждого из них столь велика, что отъем рабочим телом теплоты от одного источ­ника и передача ее другому практически не меняет их температуры. Хорошей ил­люстрацией могут служить земные недра в качестве горячего источника и атмос­фера в качестве холодного.

Единственная возможность осуще­ствления в этих условиях цикла, состоя­щего только из равновесных процессов, заключается в следующем. Теплоту от горячего источника к рабочему телу нуж­но подводить изотермически. В любом другом случае температура рабочего те­ла будет меньше температуры источника T1, т. е. теплообмен между ними будет неравновесным. Равновесно охладить ра­бочее тело от температуры горячего до температуры холодного источника T2, не отдавая теплоту другим телам (которых по условию нет), можно только путем адиабатного расширения с совершением работы. По тем же соображениям процесс теплоотдачи от рабочего тела к хо­лодному источнику тоже должен быть изотермическим, а процесс повышения температуры рабочего тела от T1 до T2 — адиабатным сжатием с затратой работы. Такой цикл, состоящий из двух изотерм и двух адиабат, носит название цикла К а р н о, поскольку именно с его по­мощью С. Карно в 1824 г. установил ос­новные законы превращения тепловой энергии в механическую.

Осуществление цикла Карно в тепло­вой машине можно представить следую­щим образом. Газ (рабочее тело) с на­чальными параметрами, характеризую­щимися точкой а, помещен в цилиндр под поршень, причем боковые стенки цилиндра и поршень абсолютно нетеплопроводны, так что теплота может передаваться только через основание ци­линдра.

 

Рисунок 4.3 - Прямой цикл Карно

 

Вводим цилиндр в соприкосновение с горячим источником теплоты. Расширя­ясь изотермически при температуре от объема va до объема vb, газ забирает от горючего источника теплоту . В точке b подвод теплоты прекра­щаем и ставим цилиндр на теплоизолятор. Дальнейшее расширение рабочего тела происходит адиабатно. Работа рас­ширения совершается при этом только за счет внутренней энергии, в результате чего температура газа падает до T2.

Теперь возвратим тело в начальное состояние. Для этого сначала поместим цилиндр на холодный источник с темпе­ратурой T2 и будем сжимать рабочее тело по изотерме cd, совершая работу l2 и отводя при этом к нижнему источнику от рабочего тела теплоту . Затем снова поставим цилиндр на теплоизолятор и дальнейшее сжатие проведем в адиабатных условиях. Рабо­та, затраченная на сжатие по линии da, идет на увеличение внутренней энергии, в результате чего температура газа уве­личивается до T1.

Таким образом, в результате цикла каждый килограмм газа получает от го­рячего источника теплоту q1, отдает хо­лодному теплоту q2 и совершает работу lц.

Подставив в формулу , спра­ведливую для любого цикла, выраже­ния для q1 и q2, получим, что терми­ческий КПД цикла Карно определяет­ся формулой

.

Из нее видно, что термический КПД цикла Карно зависит только от абсолют­ных температур горячего и холодного источников. Увеличить КПД цикла мож­но либо за счет увеличения температуры горячего источника, либо за счет умень­шения температуры холодного, причем влияние температур и на значение различно:

,

,

а так как .

Таким образом, увеличение темпера­туры горячего источника в меньшей сте­пени повышает КПД цикла Карно, чем такое же (в Кельвинах) уменьшение тем­пературы холодного.

Являясь следствием второго закона термодинамики, формула для КПД цик­ла Карно, естественно, отражает его со­держание. Из нее видно, что теплоту горячего источника можно было бы пол­ностью превратить в работу, т. е. полу­чить КПД цикла, равный единице, лишь в случае, когда либо . Оба значения температур недостижимы. (Недостижимость абсолютного нуля темпе­ратур следует из третьего начала термо­динамики).

При T1=T2 термический КПД цикла равен нулю.

Это указывает на невозмож­ность превращения теплоты в работу, если все тела системы имеют одинаковую температуру, т. е. находятся между со­бой в тепловом равновесии. Для ориентировки приводим значе­ния термического КПД цикла Карно при различных температурах горячего источ­ника и при температуре холодного источ­ника, равной 10 °С.

t,°С
	0,40	0,58	0,68	0,74	0,78	0,81	0,83	0,85

 

Приведенные цифры дают КПД иде­ального цикла. Коэффициент полезного действия реального теплового двигателя, конечно, ниже.

 

Обратный цикл Карно

  Рисунок 4.4 - Обратный цикл Карно в р,v- и T, s-диаграммах

Изменение энтропии в неравновесных процессах

Расширение будет равновесным толь­ко в случае, если температура газа Т равна температуре источника (Т=Т1), внешняя сила Р равна давлению газа на… Невыполнение хотя бы одного из ука­занных условий делает расширение газа…  

ЛЕКЦИЯ 5

Термодинамические процессы идеальных газов

В закрытых системах

Метод исследования процессов, не зависящий от их особенностей и являю­щийся общим, состоит в следующем: выводится уравнение процесса, уста­навливающее связь между начальными и… вычисляется работа изменения объема газа;

Эксергия

Рассмотрим изолированную систему, состоящую из горячего источника с тем­пературой Ti, холодного источника (ок­ружающей среды) с температурой То и… Работоспособностью (или эксергией) теплоты Q1, отбирае­мой от горячего… Из предыдущего ясно, что макси­мальная полезная работа L'макс теплоты Q1 представляет собой работу равновес­ного цикла…

ЛЕКЦИЯ 6

Термодинамические процессы реальных газов

Процесс парообразования. Основные понятия и определения.Рассмотрим про­цесс получения пара. Для этого 1 кг во­ды при температуре 0 °С поместим в… Начальное состояние воды, находя­щейся под давлением р и имеющей тем­пературу… При дальнейшем подводе теплоты начинается кипение воды с сильным увеличением объема. В цилиндре теперь на­ходится…

Уравнение состояния реальных га­зов

В реальных газах вотличие от иде­альных существенны силы межмолеку­лярных взаимодействий (силы притяже­ния, когда молекулы находятся на значи­тельном расстоянии, и силы отталкивания при достаточном сближении их друг с другом) и нельзя пренебречь собствен­ным объемом молекул.

Наличие межмолекулярных сил от­талкивания приводит к тому, что молеку­лы могут сближаться между собой толь­ко до некоторого минимального расстоя­ния. Поэтому можно считать, что свобод­ный для движения молекул объем будет равен , где b — тот наименьший объем, до которого можно сжать газ. В соответствии с этим длина свободного пробега молекул уменьшается и число ударов о стенку в единицу времени, а следовательно, и давление увеличива­ется по сравнению с идеальным газом в отношении , т. е.

.

Силы притяжения действуют в том же направлении, что и внешнее давле­ние, и приводят к возникновению молеку­лярного (или внутреннего) давления. Сила молекулярного притяжения каких-либо двух малых частей газа пропорцио­нальна произведению числа молекул в каждой из этих частей, т. е. квадрату плотности, поэтому молекулярное давле­ние обратно пропорционально квадрату удельного объема газа: рмол = а/v², где а — коэффициент пропорциональности, зависящий от природы газа.

Отсюда получаем уравнение Ван-дер-Ваальса (1873 г.):

,

или

.

При больших удельных объемах и сравнительно невысоких давлениях ре­ального газа уравнение Ван-дер-Ваальса практически вырождается в уравнение состояния идеального газа Клапейрона, ибо величина a/v²

(по сравнению с p) и b (по сравнению с v) становятся прене­брежимо малыми.

Уравнение Ван-дер-Ваальса с ка­чественной стороны достаточно хорошо описывает свойства реального газа, но результаты численных расчетов не всег­да согласуются с экспериментальными данными. В ряде случаев эти отклонения объясняются склонностью молекул ре­ального газа к ассоциации в отдельные группы, состоящие из двух, трех и более молекул. Ассоциация происходит вслед­ствие несимметричности внешнего элек­трического поля молекул. Образовавши­еся комплексы ведут себя как самостоя­тельные нестабильные частицы. При столкновениях они распадаются, затем вновь объединяются уже с другими мо­лекулами и т. д. По мере повышения тем­пературы концентрация комплексов с большим числом молекул быстро уменьшается, а доля одиночных молекул растет. Большую склонность к ассоциа­ции проявляют полярные молекулы во­дяного пара.

ЛЕКЦИЯ 7

Уравнение первого закона термодинамики для потока

Под открыты­ми понимаются термодинамические системы, которые кроме обмена теплотой и работой с окружающей средой до­пускают также и обмен массой. В техни­ке широко используются процессы пре­образования энергии в потоке, когда ра­бочее тело перемещается из области с одними параметрами в область с другими. Это, например, расширение пара в турбинах, сжатие га­зов в компрессорах.

Будем рассматривать лишь одно­мерные стационарные пото­ки, в которых параметры зависят только от одной координаты, совпадающей с на­правлением вектора скорости, и не за­висят от времени. Условие неразрывности течения в таких потоках заклю­чается в одинаковости массового расхода m рабочего тела в любом сечении:

,

где F — площадь поперечного сечения канала; с — скорость рабочего тела.

Рассмотрим термодинамическую систему, представленную схематически на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1 - Открытая термодинамическая сис­тема

 

По трубопроводу 1 рабочее тело с параметрами Т₁ , p1, v1 подается со скоростью c1 в тепломеханический агре­гат 2 (двигатель, паровой котел, ком­прессор и т. д.). Здесь каждый кило­грамм рабочего тела в общем случае может получать от внешнего источника теплоту q и совершать техническую работу lтех, например, приводя в движение ротор турбины, а затем удаляется через выхлопной патрубок со скоростью с2, имея параметры Т₂ , p2, v2.

Если в потоке мысленно выделить за­мкнутый объем рабочего тела и наблю­дать за изменением его параметров в процессе перемещения, то для описа­ния его поведения будут пригодны все полученные выше термодинамические со­отношения и, в частности, первый закон термодинамики в обычной записи: .

Внутренняя энергия есть функция со­стояния рабочего тела, поэтому значение определяется параметрами рабочего тела при входе (сечение потока I), а зна­чение — параметрами рабочего тела при выходе из агрегата (сечение II).

Работа расширения l совершается рабочим телом на поверхностях, ограни­чивающих выделенный движущийся объем, т. е. на стенках агрегата и грани­цах, выделяющих этот объем в потоке. Часть стенок агрегата неподвижна, и ра­бота расширения на них равна нулю. Другая часть стенок специально делает­ся подвижной (рабочие лопатки в турби­не и компрессоре, поршень в поршневой машине), и рабочее тело совершает на них техническую работу

При входе рабочее тело вталкивается в агрегат. Для этого нужно преодолеть давление p1. Поскольку p1=const, то каждый килограмм рабочего тела может занять объем лишь при затрате рабо­ты, равной .

Для того чтобы выйти в трубопровод 3, рабочее тело должно вытолкнуть из него такое же количество рабочего тела, ранее находившегося в нем, преодолев давление р2, т. е. каждый килограмм, занимая объем v2 должен произвести определенную работу выталкивания .

Сумма называется работой вытеснения.

Если скорость на выходе больше, чем на входе, то часть работы расши­рения будет затрачена на увеличение ки­нетической энергии рабочего тела в по­токе, равное .

Наконец, в неравновесном процессе некоторая работа может быть затра­чена на преодоление сил трения. Оконча­тельно

.

Теплота, сообщенная каждому кило­грамму рабочего тела во время прохож­дения его через агрегат, складывается из теплоты , подведенной снаружи, и теплоты , в которую переходит рабо­та трения внутри агрегата, т. е. .

Подставив полученные значения q и l в уравнение первого закона термо­динамики, получим

.

Поскольку теплота трения равна работе трения, оконча­тельно запишем:

.

Это и есть выражение первого закона термодинамики для потока, который можно сформулировать так: теплота, подведенная к потоку рабочего тела изв­не, расходуется на увеличение энтальпии рабочего тела, производство технической работы и увеличение кинетической энер­гии потока.

В дифференциальной форме уравне­ние записывается в виде

. (7.1)

Оно справедливо как для равновесных процессов, так и для течений, сопровож­дающихся трением.

Выше было указано, что к замкнуто­му объему рабочего тела, выделенному в потоке, применимо выражение первого закона термодинамики для закрытой системы, т.е. .

Сравнивая это выражение с уравне­нием *, получим:

, или

.

Величину называют располагаемой работой. В p, v-диаграмме она изображается заштрихованной площадью.

Применим первый закон термодина­мики к различным типам тепломеханиче­ского оборудования.

Теплообменный аппарат(устройство, в котором теплота от жидкой или газо­образной среды передается другой сре­де). Для него =0, a , поэтому

.

Следует подчеркнуть, что для тепло­обменника, установленного в потоке, это выражение справедливо не только в изо­барном процессе, но и в процессе с тре­нием, когда давление среды уменьшается из-за сопротивления.

Тепловой двигатель.Обычно , поэтому рабочее тело производит техническую работу за счет уменьшения энтальпии:

. (7.2)

Величину называют располагаемым теплоперепадом.

Интегрируя уравнение от p1 до p2 и от h1 до h2 для случая, когда =0, получим

. (7.3)

Сравнивая выражения (7.2) и (7.3), приходим к выводу, что

.

Таким образом, при , и отсутствии потерь на трение получаемая от двигателя техническая работа равна располагаемой, т. е. тоже изображается заштрихованной пло­щадью на рисунке 7.2.

 

Рисунок 7.2 - Изображение располагаемой и тех­нической работы в координатах p, v

Компрессор.Если процесс сжатия газа в компрессоре происходит без теп­лообмена с окружающей средой () и c1=c2, что всегда можно обеспе­чить надлежащим выбором сечений вса­сывающего и нагнетательного воздухо­проводов, то

В отличие от предыдущего случая здесь h1<h2, т.е. техническая работа в адиа­батном компрессоре затрачивается на увеличение энтальпии газа.

Сопла и диффузоры.Специально спрофилированные каналы для разгона рабочей среды и придания потоку опре­деленного направления называются соплами. Каналы, предназначенные для торможения потока и повышения давле­ния, называются диффузорами. Техническая работа в них не совершает­ся, поэтому уравнение приводится к виду

.

С другой стороны, для объема рабо­чего тела, движущегося в потоке без трения, применимо выражение первого закона термодинамики для закрытой системы .

Приравняв правые части двух по­следних уравнений, получим

. (7.4)

Видно, что dc и dp всегда имеют противоположные знаки. Следова­тельно, увеличение скорости течения в канале (dc>0) возможно лишь при уменьшении давления в нем (dp<0). Наоборот, торможение потока (dc<0) сопровождается увеличением давления (dp>0),

Так как длина сопла и диффузора невелика, а скорость течения среды в них достаточно высока, то теплообмен между стенками канала и средой при малом времени их контакта настолько незначи­телен, что в большинстве случаев им можно пренебречь и считать процесс истечения адиабатным (). При этом уравнение принимает вид

. (7.5)

Следовательно, ускорение адиабат­ного потока происходит за счет уменьше­ния энтальпии, а торможение потока вы­зывает ее увеличение.

Проинтегрировав соотношение (7.4) и сравнив его с уравнением (7.5), полу­чим, что для равновесного адиабатного потока

т. е. располагаемая работа при адиабат­ном расширении равна располагаемому теплоперепаду.

Истечение из суживающегося сопла

Расчет сопла сводится к определе­нию скорости и расхода газа на выходе из него, нахождению площади попереч­ного сечения и правильному выбору его… Скорость истечения в соответствии с уравнением (7.5) .

Основные закономерности течения газа в соплах и диффузорах

. (7.12) Секундный массовый расход т оди­наков для всех сечений, поэтому измене­ние… Возьмем дифференциалы от левой и правой частей уравнения (7.11) при условии :

Расчет процесса истечения с помощью h,s-диаграммы

Пусть пар с начальными параметра­ми вытекает в среду с давлением р2. Если потери энергии на трение при дви­жении водяного пара по каналу и… Скорость истечения рассчитывается по формуле: ,

Дросселирование газов и паров

Рисунок 7.6 - Дросселирование рабочего тела в пористой перегородке  

Термодинамическая эффективность циклов теплосиловых установок

Эксергетический и термический коэф­фициенты полезного действия позволяют оценивать термодинамическое совершен­ство протекающих в тепловом аппарате… Эксергетический метод, наоборот, позволяет проанализировать качественную… Назначением теплосиловых устано­вок является производство полезной ра­боты за счет теплоты. Источником тепло­ты служит…

Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания

Рисунок 8.2 - Циклы ДВС: а — в p,v-координатах; б — в T,s-координатах;

Циклы газотурбинных установок

Рисунок 8.4 - Схема газотурбинной установки  

Циклы паротурбинных установок

Современная стационарная тепло­энергетика базируется в основном на па­ровых теплосиловых установках. Про­дукты сгорания топлива в этих установ­ках являются лишь промежуточным теп­лоносителем (в отличие от ДВС и ГТУ), а рабочим телом служит чаще всего во­дяной пар.

Циклы Карно и Ренкина насыщен­ного пара. Регенерация теплоты.

Значительно удобнее и экономичнее в реальном цикле конденсировать пар до конца по линии 2-3, а затем насосом увеличивать давление воды от р2 до по…  

Цикл Ренкина на перегретом паре

Термический КПД цикла определяет­ся, как обычно, по уравнению Теплота подводится при в процессах 4-5 (подогрев воды до темпе­ратуры кипения), 5-6 (парообразование) и 6-1 (перегрев…

Термический КПД цикла

Если не учитывать ничтожного повышения температуры при адиабатном сжатии воды в насосе, то и где — энтальпия кипящей воды при давлении р2.

Общая характеристика холодильных установок

В зависимости от температуры, которая должна быть достигнута при охлаждении, различают холодильные установки умеренного холода (до – 70 ºС) и… Установки, в которых энергия для получения холода затрачивается в виде… Холодильные установки и тепловые насосы работают по обратным (против часовой стрелки) круговым процессам, или…

Цикл паровой компрессионной холодильной установки

   

ЛЕКЦИЯ 9

Основы теории теплообмена

Сложный процесс переноса теплоты разбивают на ряд более простых. Такой прием упрощает его изучение. Кроме того, каждый простой процесс переноса… Явление теплопроводности состоит в переносе теплоты микрочастицами… Конвективный теплоперенос (конвекция) наблюдается лишь в жидкостях и газах. Конвекция - это перенос теплоты вместе с…

Закон Фурье

, где - коэффициент теплопроводности, Вт/(м×К). Он характеризует… Знак «-» указывает на противоположное направление вектора теплового потока и вектора градиента температуры. Вектор…

Многослойная плоская стенка

В этом случае плотность теплового потока определяется по формуле: Рисунок 9.4 - Распределение температур по толщине многослойной… где n - число слоев многослойной стенки;

Однородная цилиндрическая стенка

В соответствии с законом Фурье, тепловой поток через однородную цилиндрическую стенку длиной l определяется по формуле: , d1 d2 … ,

Многослойная цилиндрическая стенка

, где di и di+1 - соответственно внутренний и внешний диаметры iго слоя. Тогда линейная плотность теплового потока будет:

Задачи

1. Определить тепловой поток через бетонную стену здания толщиной 200 мм, высотой 2,5 м и длиной 2 м, если температуры на ее поверхностях t_c1=20°С, t_c2= -10°С, а коэффициент теплопроводности =1 Вт/(м×К).

2. Определить коэффициент теплопроводности материала стенки толщиной 50 мм, если плотность теплового потока через нее 100 Вт/м², а разность температур на поверхностях .

3. Плоскую поверхность необходимо изолировать так, чтобы потери теплоты с единицы поверхности в единицу времени не превышали 450 Вт/м². Температура поверхности под изоляцией t_c1=450°С, температура внешней поверхности изоляции t_c2=50°С. определить толщину изоляции, выполненной из совелита, для которого =0,09+0,0000874×t.

4. Распределение температуры по толщине плоской стенки с =2 Вт/(м×К) имеет вид t_x=100+150×x , где температура t выражена в градусах Цельсия, а координата х - в метрах и измеряется от одной поверхности стенки. найти плотность теплового потока через стенку. Нарисовать распределение температур в стенке толщиной d=20см. В какую сторону направлен тепловой поток ?

5. Плотность теплового потока через плоскую стенку толщиной 50 мм q=70 Вт/м². Определить разность температур на поверхностях стенки и численное значение градиента температуры в стенке, если она выполнена: а) из латуни [=70Вт/(м×К)]; из красного кирпича [=0,7Вт/(м×К)]; из пробки [=0,07Вт/(м×К)].

6. Плоская стенка бака площадью 5 м² покрыта двухслойной тепловой изоляцией. Стенка бака стальная, толщиной d₁=8мм с коэффициентом теплопроводности ₁=46,5Вт/(м×К). Первый слой изоляции выполнен из новоасбозурита толщиной d₂=50мм (₂=0,144+0,00014×t). второй слой изоляции толщиной d₃=10мм представляет собой известковую штукатурку (₃=0,698 Вт/м×°С)). Температура внутренней поверхности стенки бака t_c1=250°С и внешней поверхности изоляции t_c4=50°С. Вычислить количество теплоты, передаваемой через стенку, температуры на границах слоев изоляции и построить график распределения температуры.

7. Стены сушильной камеры выполнены из слоя красного кирпича толщиной d₁=250мм [l₁=0,7 Вт/(м×К)] из слоя строительного войлока [l₂=0,0465 Вт/(м×К)]. Вычислить температуру в плоскости соприкосновения слоев и толщину войлочного слоя при условии, что тепловые потери ровны 0.

8. Стенка неэкранированной топочной камеры парового котла выполнена из слоя пеношамота (l₁=0,28+0,00023×t) толщиной d₁=125мм и слоя красного кирпича (l₂=0,7 Вт/(м×К)) толщиной d₂=500мм. Слои плотно прилегают друг к другу. Температура на внутренней поверхности топочной камеры t_c1=1100^°С, а на наружной t_c3=50°С. Вычислить плотность теплового потока и температуру в плоскости соприкосновения слоев.

9. Нефтепровод с наружным диаметром 1220мм и толщиной стенки d_тр=10мм [l_тр=55 Вт/(м×К)] имеет три слоя изоляции толщиной d₁=8мм, d₂=12мм, d₃=25мм. Коэффициенты теплопроводности изоляции l₁=0,0035Вт/(м×К), l₂=0,06Вт/(м×К), l₃=0,12 Вт/(м×К). температура на внутренней поверхности трубы t_вн=60°С, а на наружной поверхности изоляции t_нар= -5°С. Определить линейную плотность теплового потока.

10. Железебетонная дымовая труба [l₂=1.1 Вт/(м×К)] внутренним диаметром d₂=800мм и наружным диаметром d₃=1300мм должна быть футерована внутри огнеупором [l₁=0,5 Вт/(м×К)]. Определить толщину футеровки и температуру наружной поверхности трубы t_с3 из условий, чтобы тепловые потери с 1м трубы не превышали 2000 Вт/м, а температура внутренней поверхности железобетонной стенки t_с2 не превышала 200°С. Температура внутренней поверхности футеровки t_с1=425°С.

11. В приборе для определения коэффициента теплопроводности жидкостей по методу «нагретой нити» в кольцевой зазор между платиновой нитью и кварцевой трубкой залито испытуемое трансформаторное масло. Диаметр и длина платиновой нити d₁=0,12мм и l=90мм; внутренний и наружный диаметры кварцевой трубки d₂=1мм, d₃=3мм, коэффициент теплопроводности кварца l_кв=1,4 Вт/(м×К). Вычислить коэффициент теплопроводности и среднюю температуру трансформаторного масла, если при расходе теплоты через кольцевой слой масла Q=1,8Вт, температура платиновой нити t_с1=106,9°С и температура внешней поверхности кварцевой трубки t_с3=30,6°С.

 

ЛЕКЦИя 10

Теплопередача

В технике часто приходится рассчитывать стационарный процесс переноса теплоты от одного теплоносителя другому через разделяющую стенку. Такой процесс называется теплопередачей.

 

Плоская стенка

1) В начале теплота передается от горячего теплоносителя tж1 к поверхности стенки путем конвективного теплообмена, который может сопровождаться…   d1 d2 dn …

Цилиндрическая стенка

аналогично теплопередаче через плоскую стенку, линейную плотность теплового потока через многослойную цилиндрическую стенку при стационарном режиме… 1. по закону Ньютона - Рихмана ,

Интенсификация теплопередачи

, для интенсификации теплопередачи нужно либо увеличить числитель (tж1-tж2) либо… Термическое сопротивление теплопередачи Rk, можно уменьшить, воздействуя на любую из составляющих Ra1, Rl, Ra2.…

Тепловая изоляция

Теплоизоляционные свойства материалов ухудшаются с увеличением плотности, температуры и влажности материала. Для плоской стенки увеличение толщины слоя изоляции увеличивает ее термическое… Для цилиндрической стенки увеличение толщины слоя изоляции так же увеличивает Rl, но одновременно уменьшает…

Задачи по теплопередаче

2. Вычислить температуры на поверхностях стенки, если заданы следующие величины: температура дымовых газов tж1=1000°С, кипящей воды tж2=200°С;… 3. Вычислить плотность теплового потока q,Вт/м2, в пластинчатом… 4. Определить температуры на поверхностях кирпичной стены помещения толщиной в 2 кирпича (d=510мм) с коэффициентом…

ЛЕКЦИЯ 11

Конвективный теплообмен (теплоотдача)

Основной закон конвективного теплообмена

Согласно закону Ньютона и Рихмана тепловой поток в процессе теплоотдачи пропорционален площади поверхности теплообмена F и разности температур… Q=aF½tc-tж½ В процессе теплоотдачи независимо от направления теплового потока Q (от стенки к жидкости или наоборот) значение его…

Пограничный слой

Как уже отмечалось, частицы жидкости, непосредственно соприкасающиеся с поверхностью, адсорбируются («прилипают»). Соприкасаясь с неподвижным слоем,… Аналогичным образом осуществляется и тепловое взаимодействие потока с… С удалением от лобовой точки количество охлаждающейся у пластины жидкости увеличивается, и толщина теплового…

Числа подобия

Каждое из безразмерных чисел имеет определенный физический смысл. Их принято обозначать первыми буквами фамилий ученых, внесших существенный вклад в… Число Нуссельта:

Массообмен

Если в некоторой изолированной системе содержится смесь компонентов с первоначально неоднородным распределением концентраций, то в ней возникает… Перенос вещества в смеси, обусловленный тепловым хаотическим движением… При перемещении, т.е. конвекции, масса компонента переносится макроскопическим элементами смеси. Перенос массы за счет…

Числа подобия конвективного массообмена

При конвективном массообмене вместо теплового числа подобия Прандтля Pr используют диффузионное число Прандтля в научной литературе его часто… При наличии фазового перехода используют число подобия . где r – теплота фазового перехода;

ЛЕКЦИЯ 12

Частные случаи конвективного теплообмена

Поперечное обтекание одиночной трубы и пучка труб

значение коэффициента С и показателя степени n в зависимости от критерия Reж…  

ЛЕКЦИЯ 13

Описание процесса излучения. Основные определения

Тепловое излучение как процесс распространения электромагнитных волн характеризуется длиной волны l и частотой колебаний n=с/l, где с – скорость… Тепловой поток, излучаемый на всех длинах волн с единицы поверхности тела по… Часть энергии излучения Епад, падающего на тело, поглощается (Еа), часть отражается (ЕR) и частично проникает сквозь…

Теплообмен излучением системы тел в прозрачной среде

Еэф=Е+REпад. Для непрозрачного тела (D=0 и R=1-A) выражение Еэф=Е+REпад запишется в виде… Каждое из рассматриваемых тел имеет эффективное (полное) излучение, соответственно Еэф1 и Еэф2. Для первого тела Еэф2…

Перенос лучистой энергии в поглощающей и излучающей среде

С ростом температуры, когда максимум излучения смещается в область коротких волн, степень черноты уменьшается. Поскольку степень черноты газа er… Излучение газов носит объемный характер. Способность газа излучать энергию… er=eco2+eH2O.

ЛЕКЦИЯ 14

Теплообменные аппараты

Типы теплообменных аппаратов

Чаще всего в теплообменных аппаратах (ТОА) осуществляется передача теплоты от одного теплоносителя к другому, т.е. нагревание одного теплоносителя… Теплообменники с двумя теплоносителями по принципу действия подразделяются на… 1) рекуперативные;

Расчетные уравнения

Сущность расчета любого ТОА - совместное решение уравнений теплового баланса и теплопередачи.

1) Уравнения теплового баланса .

Тепловой поток Q₁, отраженный в теплообменнике горячим теплоносителем при его охлаждении от температуры t₁^' до t₁^" равен:

 

Q₁=m₁×(C_p1^'×t₁'-C_p1^"×t₁^"), кДж

где индекс 1 относится к горячему теплоносителю;

m - массовый расход теплоносителя , кг/с;

C_p^' и C_p^" - теплоемкости соответственно на входе и выходе ТОА , кДж(кг× град);

t' и t^" - температура теплоносителя соответственно на входе и выходе ТОА , °C.

Из-за потерь ( до 10% ) второму теплоносителю передается не вся теплота Q₁, а часть ее Q₂=h×Q₁ (h - КПД теплообменника)

Тогда уравнение теплового баланса будет иметь вид :

Q₂=h×Q₁ или

,

2) Уравнение теплопередачи .

В простейших случаях , когда поверхность теплообмена можно считать плоской (тонкие стенки трубок рекуперативных ТОА практически всегда считают плоскими) , можно записать уравнение теплопередачи :

,

где к - коэффициент теплопередачи через поверхность;

- среднее по поверхности значение температурного напора (t₁-t₂). Изменения температурного напора показаны на рисунке ниже.

 

 

Рисунок 10.4 - Изменение температур горячего и холодного теплоносителей по длине рекуперативного ТОА

 

Пользоваться среднеарифметическим значением Dt_cp=0,5×(Dt_б+Dt_м) можно только при Dt_б/Dt_м <=1,4, когда ошибка составляет не более 4% ; что допустимо для технических расчетов.

Во всех остальных случаях следует пользоваться среднелогарифмическим температурным напором :

,

Эта формула справедлива для любых схем движения теплоносителей.

Следует заметить, что среднелогарифмический напор всегда меньше среднеарифметического: Dt<Dt_cp.

 

ЛЕКЦИЯ 15

Термодинамический анализ топливосжигающих устройств

Источником теплоты в пламенных печах служат различные ви­ды жидкого и газообразного углеводородного топлива. Жидким топливом для промышленных печей является мазут, получающийся как… Флотские мазуты относятся к категорий средних топлив, M100 – к категории тяжелых мазутов.

Полезная тепловая нагрузка печи

Если в печи помещены несколько самостоятельных змеевиков, то полезная тепловая нагрузка равна сумме теплот, полученных отдельными потоками. Полезную тепловую нагрузку рассчитывают по формуле, кВт, , где - расход продукта, кг/с;

Расчет процесса горения топлива в печи

для жидкого топлива, кДж/кг топл., где – содержание углерода, водорода, се­ры, кислорода, влаги в топливе (элементарный состав), % массовый;

Тепловой баланс печи. Коэффициент полезного действия. Расход топлива

где - располагаемая теплота, т.е. теплота, вносимая в трубчатую печь при… - полезно используемая теплота в печи;

ЛЕКЦИЯ 16

Котельные установки. Общие сведения

Устройства, предназначенные для по­лучения пара или горячей воды повы­шенного давления за счет теплоты, вы­деляемой при сжигании топлива или под­водимой от посторонних источников (обычно с горючими газами), называют котлами. Они делятся соответственно на котлы паровые и котлы водогрей­ные. Котлы, использующие (т. е. утили­зирующие) теплоту отходящих из печей газов или других основных и побочных продуктов различных технологических процессов, называют котлами-утилиза­торами.

С целью обеспечения стабильной и безопасной работы котла его снабжают вспомогательным оборудованием, служа­щим для подготовки и подачи топлива, воздуха, очистки и подачи воды, отвода продуктов сгорания и их очистки от золы и токсичных примесей, удаления золошлаковых остатков.

Комплекс устройств, включающий в себя собственно котел и вспомогатель­ное оборудование, называют котель­ной установкой.

 

Устройство парового котла

Топливо подается к горелкам 7 (рисунок 16.1). К горелкам подводится также воздух, предварительно нагретый уходящими из котла газами в…  

Тепловой баланс парового котла.

Коэффициент полезного действия

Здесь — низшая теплота сгорания единицы топлива в рабочем состоянии. Часть теплоты, затрачиваемая на по­догрев, испарение воды и перегрев пара, составляет использованную теплоту ,…

ЛЕКЦИЯ 17

Состав и основные характеристики жидкого топлива

Мазутная фракция может подвер­гаться дальнейшей переработке на свет­лые нефтепродукты путем крекинга, т. е. расщепления тяжелых молекул на более… Мазут, как и мотор­ные топлива, представляет собой слож­ную смесь… Мазуты, получаемые из нефти ряда месторождений, могут содержать много серы (до 4,3%), что резко усложняет защиту…

Состав и основные характеристики газообразного топлива

Теплота сгорания топлива

Продукты сгорания пробы топлива охлаждаются в калориметре до комнатной температуры. При этом вода, образу­ющаяся при сгорании водорода и… В технических устройствах вода обычно выбрасывается вместе с продук­тами… Поскольку 1 кг водорода дает при сгорании 9 кг воды, а конденсация 1 кг пара при 20 °С — около 2,5 МДж тепло­ты , то…

Количество воздуха, необходимого для горения.

Теплота “сгорания” воздуха

В соответствии со стехиометрическим уравнением реакции горения водорода Н2 + 0,5О2 = Н2О на 2 кг, т. е. на 1 кмоль водорода, необхо­димо затратить 16 кг (0,5 кмоль) кисло­рода, при этом образуется 18 кг…

Объемы и состав продуктов сгорания

При полном сгорании Здесь — избыточный кисло­род воздуха, «транзитом» проходящий в продукты сгорания; — азот воздуха, также проходящий…

ЛЕКЦИЯ 18

Вторичные энергоресурсы

Классификация ВЭР

Под ВЭР подразумевают энергетический потенциал продук­ции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образую­щихся в технологических агрегатах, который не используется в самом агрегате, но может быть частично или полностью исполь­зован для энергоснабжения других агрегатов.

Все ВЭР разделяются на 3 основные группы:

1. Горючие (топливные) ВЭР — горючие газы плавильных пе­чей, горючие отходы процессов химической и термохимической переработки углеродистого или углеводородного сырья (степень использования 90-95%).

2. Тепловые ВЭР — физическая теплота отходящих газов тех­нологических агрегатов, физическая теплота основной и побоч­ной продукции. Теплота рабочих тел системы принудительного охлаждения технологических агрегатов, теплота горячей воды и пара, отработавших в технологических и силовых установках.

3. ВЭР избыточного давления — потенциальная энергия газов и жидкостей, покидающих технологические агрегаты с избыточ­ным давлением, которую необходимо снижать перед последую­щей ступенью использования этих газов и жидкостей или выбро­сом их в атмосферу.

 

Методы использования тепловых ВЭР

внутреннее регенеративное теплоиспользование, которое хара­ктеризуется возвратом теплоты отходящих потоков (их части) для проведения основного… внешнее теплоиспользование, при котором используется теп­лота отходящих… комбинированное теплоиспользование, когда теплоту отходя­щих потоков используют как для внутреннего регенеративного,…

Установки для внутреннего теплоиспользования

Работа технологической печи улуч­шают повышением температуры горения при использовании по­догретого воздуха, что, в свою очередь, повышает полноту… В некоторых случаях регенерацию теплоты целесообразно ис­пользовать и на… Во многих случаях возможности технологического (внутренне­го) теплоиспользования ограничены. Поэтому, если в данном…

Котлы-утилизаторы

Первичное охлаждение газов в свободном от змеевиков объе­ме необходимо для затвердевания уносимых из печи расплавлен­ных частиц шлака или… Если отходящий из технологических установок газ не содер­жит горючие… При конструировании котлов-утилизаторов, использующих те­пловые отходы, следует учитывать содержащиеся в греющих…

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Латыпов Р.Ш., Шарафиев Р.Г. Техническая термодинамика и энерготехнология химических производств.-М.:Энергоатомиздат, 1998.-344 с. 2. Баскаков А.П. Теплотехника.-М.:Энергоатомиздат, 1991.-244 с. 3. Алабовский А.Н., Константинов С.М., Недужий А.Н. Теплотехника.-Киев: Выща Школа, Головное издательство, 1986.-255…