Шпоры по теплотехнике и термодинамике

этоперенос [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] структурными частицами вещества ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]) в процессе их теплового движения. Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества. Явление теплопроводности заключается в том, что [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], которая определяет [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] тела, передаётся другому телу при их взаимодействии или передаётся из более нагретых областей тела к менее нагретым областям. Иногда теплопроводностью называется также количественная оценка способности конкретного вещества проводить тепло.
Б)Теплопроводность характеризует способность тела передавать тепловую энергию от одной его точки к другой, если между ними возникает разница температур. Явление теплопроводности в одномерном стационарном случае описывается уравнением (законом) Фурье:
dQ = - l(dT / dn)dsdt, количество теплоты dQ, переносимое за время dt через площадку ds в направлении нормали к этой площадке в сторону убывания температуры, пропорционально градиенту температуры 
·T (теплота течет в направлении, противоположном градиенту температуры, т.е. от горячей области к холодной). Коэффициент пропорциональности называется коэффициентом теплопроводности и характеризует способность тела проводить тепло. Иначе закон Фурье можно записать так:
q = -
·
·T , вектор плотности теплового потока через единичное сечение пропорционален градиенту температуры вдоль нормали к этому сечению.
В)Тепловой поток, количество теплоты, переданное через изотермическую поверхность в единицу времени. Размерность Тепловой поток совпадает с размерностью [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Тепловой поток измеряется в [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] или ккал/ч (1 вт = 0,86 ккал/ч). Тепловой поток, отнесённый к единице изотермической поверхности, называется плотностью Тепловой поток, удельным Тепловой поток или тепловой нагрузкой; обозначается обычно q, измеряется в вт/м2 или ккал/(м2Чч). Плотность Тепловой поток  вектор, любая компонента которого численно равна количеству теплоты, передаваемой в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной к направлению взятой компоненты.
Г) Коэф теплопроводн - численная характеристика теплопроводности материала, равная количеству теплоты, проходящей через материал толщиной 1 м и площадью 1 кв.м за час при разности температур на двух противоположных поверхностях в 1 град.C.  Данная численная характеристика используется для расчета теплопроводности для калибрования и охлаждения профильных изделий.








2) Конвективный теплообмен представляет собой процесс передачи тепла теплопроводностью между неравномерно нагретыми частями жидкости или в результате переноса тепла при движении самой жидкости. Движение жидкости происходит в результате внешнего воздействия или из-за различия плотности, возникающего вследствие разности температуры в объеме жидкости. Математический анализ проблемы конвективного теплообмена чрезвычайно сложен.
Б) Процесс теплообмена между поверхностью тела и средой описывается законом Ньютона-Рихмана, которая гласит, что тепловой поток, передаваемый конвективным теплообменом прямо пропорционально разности температур поверхности тела (t'ст) и окружающей среды (t'ж): Q =
· · (t'ст - t'ж)·F
В) Кинетический коэффициент в уравнении теплоотдачи; численно равен мощности теплового потока через единицу площади поверхности теплообмена при разности температур в 1 градус между ядром потока теплоносителя и границей его фазы; в СИ имеет размерность [Вт/мІ К]







3).Многослойная плоская стенка.
В строительстве широко используют многослойные стенки. Например, стена жилого дома, состоит, как правило, из основного кирпичного слоя, на который с одной стороны нанесена штукатурка, а с другой - внешняя облицовка.Наиболее просто изучать механизм теплопроводности в стационарном режиме, при котором температура в любой точке не изменяется во времени. В этом случае дифференциальное уравнение теплопроводности (уравнение Фурье) имеетвид:[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ][ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] (1)
Если стена состоит из плотно прижатых друг к другу слоев, у которых длина и ширина бесконечно велики по сравнению с толщиной d (рис. 1), то температура изменяется в направлении х, перпендикулярном к плоскости стенки. В этом случае уравнение Фурье (1) принимает вид:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] (2)
Если толщины слоев d1, d2, , dn, а теплопроводности соответственно l1, l2, , ln, то после интегрирования уравнения (2) получим, что 
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] (3)
где[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]dQ - количество теплоты, передаваемое при теплопроводности за время  dt  через площадку dS слоя. В каждом слое при  l=const температура изменяется линейно, для многослойной стенки график  T=f(x) представляет ломаную линию (рис. 1). В разработке этой лабораторной работы по строительной теплофизике основная трудность - измерение температуры. Проблема решена созданием прибора для измерения температуры с помощью термопар.



















4) Принцип расчета теплового потока через цилиндрическую стенку аналогична как и для плоской стенки. Рассмотрим однородную трубу (рис.12.2) с теплопроводностью l, внутренний диаметр d1, наружный диаметр d2, длина l. Внутри трубы находится горячая среда с температурой t'ж, а снаружи холодная среда с температурой t''ж.
Тепловой поток, переданный от горячей среды к внутренней стенке трубы по закону Ньютона-Рихмана имеет вид:
Q = p·d1·a1·l·(t'ж – t1) , (12.9)
где a1 – коэффициент теплоотдачи от горячей среды с температурой t'ж к поверхности стенки с температурой t1;
Тепловой поток, переданный через стенку трубы, определяется по уравнению:
Q = 2·p·l·l·(t1 – t2) / ln (d2/d1).  (12.10)
Тепловой поток от второй поверхности стенки трубы к холодной среде определяется по формуле:
Q = p·d2·a2·l·(t1 - t''ж) ,   (12.11)
где a2 – коэффициент теплоотдачи от второй поверхности стенки к холодной среде с температурой t''ж.
 
Решая эти три уравнения получаем:
Q = p l·(t'ж – t''ж) К,   (12.12)
где Кl = 1/[1/(a1d1) + 1/(2lln(d2/d1) + 1/(a2d2)]             (12.13)
- линейный коэффициент теплопередачи,
или Rl = 1/ Кl = [1/(a1d1) + 1/(2lln(d2/d1) + 1/(a2d2)]         (12.14)
- полное линейное термическое сопротивление
теплопередачи через однослойную цилиндрическую стенку.
1/(a1d1), 1/(a2d2) – термические сопротивления теплоотдачи поверхностей стенки;
1/(2lln(d2/d1) - термическое сопротивление стенки.
Для многослойной (n слоев) цилиндрической стенки полное линейное термическое сопротивление будет определяться по следующей формуле:
Rl = 1/ Кl = [1/(a1d1) + 1/(2l1ln(d2/d1) + 1/(2l3ln(d3/d2) + 1/(2lnln(dn+1/dn) + +1/(a2dn)]    (12.15)






















6) Допустим цилиндрическая стенка состоит из трех плотно прилегающих слоев (Рис.9.5). 
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ][ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] внутренней поверхности стенки –tст1, температуранаружнойповерхности стенки –tст2, коэффициенты [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]слоев -
·1,
·2,
·3, диаметры слоев d1, d2, d3, d4.
Тепловые потоки для слоев будут:
1-й слой Q = 2·
··
·1·l·(tст1 – tсл1)/ ln(d2/d1), (9.28)
2-й слой Q = 2·
··
·2·l·(tсл1 – tсл2)/ ln(d3/d2), (9.29)
3-й слой Q = 2·
··
·3·l·(tсл2 – tст2)/ ln(d4/d3), (9.30)
Решая полученные уравнения, получаем для теплового потока через многослойную стенку:Q = 2·
··l·(tст1 – tст2) / [ln(d2/d1)/
·1 + ln(d3/d2)/
·2 + ln(d4/d3)/
·3]. (9.31)Для линейной плотности теплового потока имеем:ql = Q/l = 2·
·· (t1 – t2) / [ln(d2/d1)/
·1 + ln(d3/d2)/
·2 + ln(d4/d3)/
·3]. (9.32)[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] между слоями находим из следующих уравнений:
tсл1 = tст1 – ql·ln(d2/d1) / 2·
··
·1 . (9.33)

tсл2 = tсл1 – ql·ln(d3/d2) / 2·
··
·2 . (9.34)

















7) Паротурбинная установка является основой современных тепловых и атомных электростанций. Рабочим телом в таких установках является пар какой-либо жидкости (водяной пар). Основным циклом в паротурбинной установке является цикл Ренкина.
 Принципиальная схема ПТУ показана на рис.7.1 и процесс получения работы происходит следующим образом. В паровом котле (1) и в перегревателе (2) теплота горения топлива передается воде. Полученный пар поступает в турбину (3), где происходит преобразование теплоты в механическую работу, а затем в электрическую энергию в электрогенераторе (4). Отработанный пар поступает в конденсатор (5), где отдает теплоту охлаждающей воде. Полученный конденсат насосом (6) отправляется в питательный бак (7), откуда питательным насосом (8) сжимается до давления, равного в котле, и подается через подогреватель (10) в паровой котел (1). 
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]Рассмотрим цикл Ренкина на насыщенном паре. Схема установки отличается от предыдущей схемы тем, что в данном случае будет отсутствовать перегреватель. Поэтому на турбину будет поступать насыщенный пар. На рис.7.2 а изображен цикл Ренкина в TS-диаграмме.
Процессы:
3-1 – подвод теплоты от источника в воде q1, состоит из двух процессов: 3-3/ - кипение воды в котле;
3/-1 – парообразование при постоянном давлении;
1-2 – адиабатическое расширение пара в турбине;
2-2/ – изобарно-изотермическая конденсация с отдачей теплоты q2 охлаждающей воде;
2/-3 – адиабатическое сжатие конденсата.
Термический к.п.д. цикла Ренкина определяется по уравнению:
ht = (q1 – q2)/q1 .           (7.1)
Так как: q1 = h1 – h3 ; q2 = h2 – h2/ ,
То ht = [(h1 – h2) - (h3 – h2/)] /( h1 – h3) = l / q1.         (7.2)
 Полезная работа цикла равна разности работ турбины и насоса:
l = lт – lн , где:   lт = h1 – h2 , lн = h3 – h2/ .
 В основном lт >> lн , тогда считая h3 = h2/ , можно записать:
ht = (h1 – h2)/( h1 – h3) .              (7.3)
Теоретическую мощность турбины рассчитывают по формуле:
Nт = (h1 – h2)·D/3600 , [Вт]              (7.4)
где: D = 3600·m – часовой расход, [кг/ч]
m – секундный расход, [кг/с]
Цикл Ренкина на перегретом паре применяется для увеличения термического к.п.д. цикла ПТУ. Для этого перед турбиной ставят перегреватель 2 (Рис.7.1), который увеличивает температуру и давление пара. При этом возрастает средняя температура подвода теплоты в цикле. Диаграмма цикла показана на рис.7.2,б Формулы расчета l, ht, Nт остаются без изменений.
  
 [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]




8) Используя теорию подобия из системы дифференциальных уравнений получить уравнение теплоотдачи (10.3) для конвективного теплообмена в случае отсутствия внутренних источников тепла в следующей критериальной форме:
Nu = f2(Х; Ф; X0; Y0; Z0; Re; Gr; Pr) ,       (10.5)
где: X0; Y0; Z0 – безразмерные координаты;
Nu =
· ·l0/
· - критерий Нуссельта (безразмерный коэффициент теплоотдачи), характеризует теплообмен между поверхностью стенки и жидкостью (газом);
Re = w·l0/
· - критерий Рейнольдса, характеризует соотношение сил инерции и вязкости и определяет характер течения жидкости (газа);
Gr = (
··g·l03·
·t)/
·2 - критерий Грасгофа, характеризует подьемную силу, возникающую в жидкости (газе) вследствие разности плотностей;
Pr =
·/а = (
··cp)/
· - критерий Прандтля, характеризует физические свойства жидкости (газа);
l0 – определяющий размер (длина, высота, диаметр).
Для аналитического метода исследования конвективного теплообмена нужно решить систему дифференциальных уравнений, состоящий из:
1) Уравнения энергии (закон сохранения энергии), которое описывает температурное поле в движущейся среде.
2) Уравнения движения (импульса), которое выводят на основании второго закона Ньютона: сила равна произведению массы на ускорение
3) Уравнения неразрывности (закон сохранения массы).
4) Уравнение теплообмена (условие теплообмена на границе твердого тела и среды):
· = -
·/
·t·
·t /
·r n=0 .         (10.4)
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.е. имеют одну физическую природу, развиваются под действием одинаковых сил и описываются одинаковыми по форме дифференциальными уравнениями и краевыми условиями.
 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.
1 теорема: Подобные явления имеют одинаковые критерии подобия.
2 теорема: Любая зависимость между переменными, характеризующая какие-либо явления, может быть представлена, в форме зависимости между критериями подобия, составленными из этих переменных, которая будет называться критериальным уравнением.
3 теорема: Два явления подобны, если они имеют подобные условия однозначности и численно одинаковые определяющие критерии подобия.
 Условиями однозначности являются:
наличие геометрического подобия систем;
наличие одинаковых дифференциальных уравнений;
существование единственного решения уравнения пр заданных граничных условиях;
известны численные значения коэффициентов и физических параметров.




9) Первый закон термодинамики утверждает, 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 являетсявторой 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.
Формулировка (Оствальда): "Вечный двигатель 2-го рода невозможен".
Вечный двигатель 1-го рода это тепловой двигатель, у которого L>Q1, где Q1 - подведенная теплота. Первый закон термодинамики "позволяет" возможность создать тепловой двигатель, полностью превращающий подведенную теплоту Q1в работу L, т.е. L = Q1. Второй закон накладывает более жесткие ограничения и утверждает, что работа должна быть меньше подведенной теплоты (LВечный двигатель 2-го рода можно осуществить, если теплоту Q2 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 переходить от более холодного тела к более нагретому".
Для работы теплового двигателя необходимы 2 источника – горячий и холодный. 3-я формулировка (Карно):
"Там где есть разница температур, возможно совершение работы".
Все эти формулировки взаимосвязаны, из одной формулировки можно получить другую.

10) Основные понятия и определения
Тепловое излучение представляет собой процесс распространения в пространстве внутренней энергии излучающего тела путем электромагнитных волн. Возбудителями этих волн являются материальные частицы, входящие в состав вещества. Для распространения электромагнитных волн не требуется материальной среды, в вакууме они распространяются со скоростью света и характеризуются длиной волны l или частотой колебаний n. При температуре до 1500 0С основная часть энергии соответствует инфракрасному и частично световому излучению (l=0,7ё50 мкм).
Следует отметить, что энергия излучения испускается не непрерывно, а в виде определенных порций квантов. Носителями этих порций энергии являются элементарные частицы излучения фотоны, обладающие энергией, количеством движений и электромагнитной массой. При попадании на другие тела энергия излучения частично поглощается ими, частично отражается и частично проходит сквозь тело. Процесс превращения энергии излучения во внутреннюю энергию поглощающего тела называется поглощением. Большинство твердых и жидких тел излучают энергию всех длин волн в интервале от 0 до Ґ, то есть имеют сплошной спектр излучения. Газы испускают энергию только в определенных интервалах длин волн (селективный спектр излучения). Твердые тела излучают и поглощают энергию поверхностью, а газы объемом.
Излучаемая в единицу времени энергия в узком интервале изменения длин волн (от l до l+dl) называется потоком монохроматического излучения Ql. Поток излучения, соответствующий всему спектру в пределах от 0 до Ґ, называется интегральным, или полным, лучистым потоком Q(Вт). Интегральный лучистый поток, излучаемый с единицы поверхности тела по всем направлениям полусферического пространства, называется плотностью интегрального излучения (Вт/м2)
 (11.1) Отсюда.
Если величина Е одинакова для всех элементов поверхности F, то Q=EЧF.
Плотность потока монохроматического излучения носит название спектральной интенсивности излучения Jl,. Она связана с плотностью интегрального излучения уравнением:
или . (11.2)
Каждое тело не только излучает, но и поглощает лучистую энергию. Из всего количества падающей на тело лучистой энергии Eпад (Qпад) часть ее Eпог (Qпог) поглощается, часть Еот (Qот) отражается и часть Eпр (Qпр) проходит сквозь тело.
Если тело поглощает все падающие на него лучи, то есть A=1, R=О, D=0, оно называется абсолютно черным. Если вся падающая на тело энергия отражается, тоR=1, А=О, D=0. Если при этом отражение подчиняется законам геометрической оптики, тело называется зеркальным; при диффузном отражении, когда отраженная лучистая энергия рассеивается по всем направлениям, абсолютно белым. ЕслиD=1, то A=0 и R=0. Такое тело пропускает все падающие на него лучи и называется абсолютно прозрачным. В природе абсолютно черных, белых и прозрачных тел не существует.
Участвующее в лучистом теплообмене тело, помимо собственного излучения Е,определяемого свойствами излучающего тела и температурой, отражает падающую на него энергию, т. е.
Сумма энергии собственного и отражательного излучения составляет эффективное излучение тела
При расчете лучистого теплообмена между телами большое значение имеет результирующее излучение, представляющее собой разность между лучистым потоком, получаемым телом, и лучистым потоком, который оно испускает в окружающее пространство. Для определения плотности потока результирующего излучения qр полагая коэффициент пропускания тела равным нулю составим уравнение баланса энергии, проходящей через плоскости аа и bb, одна из которых расположена внутри, а другая снаружи тела вблизи его поверхности (рис. 11.1).







13) Целью теплового расчета является определение поверхности теплообмена, а если последняя известна, то целью расчета является определение конечных температур рабочих жидкостей. Основными расчетными уравнениями теплообмена при стационарном режиме являются уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса.
 
Уравнение теплопередачи:
Q = k·F·(t1 – t2 ) ,
где Q тепловой поток, Вт,
k - средний коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К), F поверхность теплообмена в аппарате, м2, t1 и t2 - соответственно температуры горячего и холодного теплоносителей.
 
Уравнение теплового баланса при условии отсутствия тепловых потерь и фазовых переходов:
Q = = m1 ·Dt1 = m2·Dt2 ,
или
Q = V1 r1·cр1·(t/1 - t//1) = V2 r2·cр2 ·(t//2 - t/2),          (12.16)
где V1·r1, V2·r2 - массовые расходы теплоносителей, кг/с,
cр1 и cр2 - средние массовые теплоемкости жидкостей в интервале температур от tґ до t//,
t/1 и t/2 - температуры жидкостей при входе в аппарат;
t//1 и t//2 - температуры жидкостей при выходе из аппарата.
 Величину произведения V·r·cр = W, Вт/К называют водяным, или условным, эквивалентом.
С учетом последнего уравнение теплового баланса может быть представлено в следующем виде:
(t/1 - t//1) / (t//2 - tґ2) = W2 / W1 ,          (12.17)
W2 , W1 - 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. На рис.12.4 представлены температурные графики для аппаратов с прямотоком, а на рис.12.5 для аппаратов с противотоком.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Как видно из рис. 12.4, при прямотоке конечная температура холодного теплоносителя всегда ниже конечной температуры горячего теплоносителя. При противотоке (рис.12.5) конечная температура холодной жидкости может быть значительно выше конечной температуры горячей жидкости. 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. 
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]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:
dQ==k·dF·Dt .        (12.18)
Тепловой поток, переданный через всю поверхность F при постоянном среднем коэффициенте теплопередачи k, определяется интегрированием уравнения (12.19):
Q = т k·dF·Dt= k·F·Dtср ,         (12.19)
где Dtср - средний логарифмический температурный напор по всей поверхности нагрева.
Для случаев, когда коэффициент теплопередачи на отдельных участках поверхности теплообмена значительно изменяется, его усредняют:
kср = (F1·k1 + F2·k2 + + Fn·kn) / (F1 + F2 +  + Fn).
Тогда при kср = const уравнение (12.9 ) примет вид
Q = тkср Dt ·dF = kср ·Dtср ·F.      (12.20)
Если температура теплоносителей изменяется по закону прямой линии (рис.12.6, пунктирные линии), то средний температурный напор в аппарате равен разности среднеарифметических величин:
Dtср = (t/1 + t//1)/2 - (t//2 + t/2)/2 .      (12.21)
 
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]Однако температуры рабочих жидкостей меняются по криволинейному закону.
Поэтому уравнение (12.21) будет только приближенным и может применяться при небольших изменениях температуры обеих жидкостей. При криволинейном изменении температуры величину Dtср называют среднелогарифмическим температурным напором и определяется по формулам:
для аппаратов с прямотоком
Dtср = [(t/1 - t/2) - (t//1 - t//2)] / ln[(t/1 - t/2)/(t//1 - t//2)]      (12.22)
для аппаратов с противотоком
Dtср = [(t/1 - t//2) - (t//1 - t/2)] / ln[(t/1 - t//2)/(t//1 - t/2)]      (12.23)
Численные значения Dtср для аппаратов с противотоком при одинаковых условиях всегда больше Dtср для аппаратов с прямотоком, поэтому аппараты с противотоком имеют меньшие размеры.






















12) Теплообменным аппаратом называют всякое устройство, в котором одна жидкость горячая среда, передает теплоту другой жидкости - холодной среде. 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 свою очередь периодически отдает теплоту второй жидкости - холодному теплоносителю, т. е. одна и та же поверхность нагрева омывается то горячей, то холодной жидкостью.
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.
Теплообменные аппараты могут иметь самые разнообразные назначения паровые котлы, конденсаторы, пароперегреватели, приборы центрального отопления и т. д. Теплообменные аппараты в большинстве случаев значительно 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.12.3,а). [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Если направление движения горячего теплоносителя противоположно движению холодного теплоносителя, то такое движение называется противотоком (рис.12.3,б). Если же горячий теплоноситель движется перпендикулярно движению холодного теплоносителя, то такое движение называется перекрестным током (рис.12.3,в). Кроме этих основных схем движения жидкостей, в теплообменных аппаратах применяют более сложные схемы движения, включающие все три основные схемы.


15) Принципиальная схема систем отопления
Система отопления содержит следующие функциональные части:
- источник получения тепловой энергии;
- передающие устройства полученной тепловой энергии к помещениям;
- отопительные приборы, передающие тепловую энергию на нагрев помещений.
По характеру связи источника получения тепловой энергии с нагреваемым помещением системы отопления подразделяются на:
- местные, в которых источник получения тепловой энергии рассчитан на отопление нескольких зданий и связан передающими устройствами с отопительными приборами, установленными в отапливаемых помещениях. К местным системам относятся печи для сжигания дров или каменного угля, газовоздушные агрегаты (АГВ).
- центральные, в которых источник получения тепловой энергии рассчитан на отопление нескольких зданий и связан передающими устройствами с отопительными приборами, установленными в отапливаемых помещениях. Со снабжением горячей водой от крупного центрального источника – теплоэлектроцентрали (ТЭЦ)0 районной тепловой станции (РТС) или котельной установки (КУ).
Характеристика теплоносителей и особенности их использования в системах отопления зданий.
Для отопления зданий в качестве теплоносителей обычно используется : вода, водяной пар, горячий воздух, дымовые газы и реже – термоустойчивые жидкие органические и неорганические соединения(антифризы, тосолы, хладоны).
Системы водяного отопления.
По способу циркуляции воды в системах отопления они делятся на системы с естественной циркуляцией и на системы с насосной циркуляцией.
Устройства для сбора и удаления воздуха из системы отопления.
В верхних частях систем предусматривается устройства для удаления воздуха при заполнении системы водой и выделяющихся из воды в процессе эксплуатации растворенных газов (кислорода, азота, углекислоты).
Водяные фильтры. Применение в системах отопления сетевых автоматических клапанов, водяных счетчиков и терморегуляторов у отопительных приборов требует обязательной установки на циркуляционных трубопроводах водяных фильтров.
Запорно-регулирующие и предохранительные устройства.
Циркуляция воды в системах водяного отопления.
циркуляционного режима в ней можно выделить две основные разновидности:
- насосные системы отопления с зависимым присоединением к источнику теплоснабжения;
- насосные системы отопления с независимым (гидравлически По способу присоединения циркуляционной системы отопления к источнику теплоснабжения (теплогенератору) и организации гидравлического, изолированным ) от источника теплоснабжения присоединением.
Отличительной особенностью систем с зависимым присоединением явл. Общий с источником теплоснабжения гидравлический режим, устанавливаемый и управляемый, как правило, на источнике теплоснабжения – котельной, РТС, ТЭЦ. В этом случае циркуляция воды в системе отопления и подпитка ее осуществляется насосами, установленными на источнике. Подача теплоты в отапливаемое здание производится непосредственно из сети централизованного теплоснабжения по трубопроводам (тепловым сетям), соединяющим источник с системой отопления здания
Изменение температуры горячей воды, подаваемой в систему отопления, достигается путем смешения подаваемой из системы теплоснабжения сетевой воды с температурой Т1 и обратной температурой t2
Температура сетевой воды Т1 регулируется на центральном источнике теплоснабжения в зависимости от температуры наружного воздуха по температурному графику теплоснабжения.
Согласно СП 41-101-95 2Проектирование тепловых пунктов» схемы присоединения зависимых систем теплоснабжения рекомендуется выполнять со смесительными насосами.
Двухтрубная система отопления с независимым присоединением к тепловым сетям ТЭЦ является гидравлически и теплотехнически наиболее устойчивой, а следовательно наиболее надежной.
Автоматическое изменение расходов горячей воды через пластинчатый теплообменник и отопительные приборы с терморегуляторами не вызывает гидравлической разрегулировки системы циркуляции и не ведет к перерасходу теплоты на нагрев помещений. Применение в схеме циркуляции горячей воды в системе отопления насосов с электронным регулированием обеспечивает снижение до 60% годового расхода электроэнергии на работу циркуляционных насосов. Нагрев воды для независимо присоединенной системы отопления происходит в водно-пластинчатых (или кожухотрубных) теплообменниках.В расчетных условиях холодного периода года (параметры Б) от ТЭЦ вода должна поступать с Т=150С 9как правило 130С –потери). Начальная температура горячей воды в системах отопления жилых и общественных зданий рекомендуется в двухтрубных системах т=+95С а в однотрубных Т=+105С.
По нормативным правилам централизованного теплоснабжения от ТЭЦ потребитель обязан возвратить обратную воду с температурой не выше Т=+70С.
Паровые системы отопления.
Паровые системы отопления основаны на принципе транспортирования по трубопроводам и конденсации водяного пара в трубопроводах и отопительных приборах. При конденсации водяного пара в жидкость выделяется большое количество теплоты, затраченной на фазовое превращение воды (испарение) в пар.
19) 1). Изохорный процесс (Рис.4.1).
n = Const , n 2 = n 1.       (4.10)
Уравнение состояния процесса:
P2 / P1 = T2 / T1.         (4.11)
Так как
· 2 =
· 1, то l = 0 и уравнение 1-го закона ТД имеет вид:
q = Du  = сv·(t2 - t1);    (4.12)
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
2). Изобарный процесс (Рис.4.2).
P = Const , P2 = P1
Уравнение состояния процесса:
n 2 /n 1 = T2 / T1 ,         (4.13)
Работа этого процесса:
l = P·(n 2 - n 1).          (4.14)
Уравнение 1-го закона ТД имеет вид:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
q = Du + l = ср·(t2 - t1);         (4.15)
3). Изотермический процесс (Рис.4.3).
Т = Const , Т2 = Т1
Уравнение состояния:
P1 / P2 = n 2 / n 1 ,            (4.16)
Так как Т2 = Т1, то Du = 0 и уравнение 1-го закона ТД будет иметь вид:
q = l = R·T·ln(n 2/n 1),           (4.17)
или q = l = R·T·ln(P1/P2),              (4.18)
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
4). Адиабатный процесс (Рис.4.4).
В данном процессе не подводится и не отводится тепло,т.е. q =0.
Уравнение состояния:
P· n к =Const,      (4.19)
где к = cp / cv – показатель адиабаты.
Уравнение 1-го закона ТД будет иметь вид:
l = -Du = = -сv·(t2 – t1) = сv·(t1 – t2),       (4.20)
или
l = R·(T1 – T2) / (l -1);       (4.21)
l = R·T1·[1 – (n 1/ n 2) l -1] /(l – 1);      (4.22)
l = R·T2·[1 – (P2/P1) (l -1)/ l] /(l – 1).       (4.23)
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис. 4.4. Взаимное расположение адиабаты 1 и изотермы 2 идеального газа в p, v-диаграмме




БОНУС))Параметры состояния.Величины,которые характеризуют физическое состояние тела называются термодинамическими параметрами состояния. Такими параметрами являются удельный объем, абсолютное давление, абсолютная температура, внутренняя энергия, энтальпия, энтропия, концентрация, теплоемкость и т.д. При отсутствии внешних силовых полей (гравитационного, электромагнитного и др.) термодинамическое состояние однофазного тела можно однозначно определить 3-мя параметрами – уд. объемом (
·), температурой (Т), давлением (Р).  Удельный объем – величина, определяемая отношением объема вещества к его массе.

· = V / m , [м3/кг] , (1.1)
Плотность вещества – величина, определяемая отношением массы к объему вещества.

· = m / V , [кг/м3] , (1.2)

· = 1 /
· ;
· = 1 /
· ;
·
· = 1 . (1.3)
Давление – с точки зрения молекулярно-кинетической теории есть средний результат ударов молекул газа, находящихся в непрерывном хаотическом движении, о стенку сосуда, в котором заключен газ.
Р = F / S ; [Па] = [Н/м2] (1.4)
Внесистемные единицы давления:
1 кгс/м2 = 9,81 Па = 1 мм.водн.ст.
1 ат. (техн.атмосфера) = 1 кгс/см2 = 98,1 кПа.
1 атм. (физическая атмосфера) = 101,325 кПа = 760 мм.рт.ст.
1 ат. = 0,968 атм.
1 мм.рт.ст. = 133,32 Па.
1 бар = 0,1 МПа = 100 кПа = 105 Па.
Различают избыточное и абсолютное давление.
Избыточное давление (Ри) – разность между давлением жидкости или газа и давлением окружающей среды.
Абсолютное давление (Р) – давление, отсчитываемое от абсолютного нуля давления или от абсолютного вакуума. Это давление является ТД параметром состояния.
Абсолютное давление определяется:
1). При давлении в сосуде больше атмосферного:
Р = Ри + Ро ; (1.5)
2). При давлении в сосуде меньше атмосферного:
Р = Ро + Рв ; (1.6)
где Ро – атмосферное давление; Рв – давление вакуума.
Температура – характеризует степень нагретости тел, представляет собой меру средней кинетической энергии поступательного движения его молекул. Чем больше средняя скорость движения, тем выше температура тела.
За ТД параметр состояния системы принимают термодинамическую температуру (Т), т.е. абсолютную температуру. Она всегда положительна. При температуре абсолютного нуля (Т=0) тепловые движения прекращаются, и эта температура является началом отсчета абсолютной температуры.



















20)Сжатый воздух:
На одном из промышленных предприятий машиностроительной отрасли существуют самые различные технологические процессы, использующие сжатый воздух. На этом предприятии есть несколько основных цехов или участков-потребителей сжатого воздуха:
-Литейный- пневмопереключатели самих печей, различного рода пневмоинструмент (например, пневмотрамбовки), пневмозажимы, пескоструйные камеры.
-Кузнечный- цилиндры молотов, различного рода пневмозажимы, пневмоинструмент.
-Штамповочный- цилиндры штампов, различного рода пневмозажимы, пневмоинструмент.
-Механической обработки,различного рода пневмозажимы, пневмоинструмент.
-Гальванический- барбатаж жидкостей,различного рода пневмозажимы, пневмоинструмент.
-Окрасочный- пескоструйные,окрасочные и сушильные камеры,различного рода пневмозажимы, пневмоинструмент.

Подготовка сжатого воздуха является необходимым этапом. Процесс подготовки состоит в удалении из воздуха разного рода примесей в виде твердых, жидких и газообразных включений, таких как пыль, конденсат, окалина, компрессорное масло, продукты износа пневмооборудования и другие загрязнители. Кроме этого, подготовка включает в себя регулирование давления и сглаживание его колебаний, а при необходимости – подачу смазки для пневматических устройств.
Использование неочищенного сжатого воздуха может привести к губительным последствиям для оборудования, простоям и поломкам, сбоям в технологическом процессе.
Качество подготовки сжатого воздуха определяется областью его применения, требованиями потребителя и выбором соответствующего оборудования. Наиболее хорошо зарекомендовали себя в российских условиях надежные и недорогие устройства магистральной подготовки сжатого воздуха, которые обладают фильтрующими элементами с большой площадью фильтрации, минимальными потерями давления, а также долгим сроком службы.
Подготовка воздуха в пневмосетях. При комплексном подходе к оснащению производства особое внимание уделяется центральной подготовке воздуха, подаваемого в пневмосети.
Магистральный фильтр устанавливается на входе в пневмосистему цеха и отделяет твердые частицы, конденсат и масло из сжатого воздуха. Это предотвращает образование в пневмосети эмульсии из смеси воды и масла, улучшает условия работы расположенных за ним пневматических устройств и увеличивает срок их службы.
Отделение влаги.Одним из важных параметров качества подготовки сжатого воздуха является количество содержащейся в нем влаги. Современное пневмооборудование требует удаления не менее 95% капельной влаги. Водоотделитель устанавливается в пневматическую линию для удаления из сжатого воздуха капельной влаги. В фильтрующем материале патрона происходит слияние мелких капель в более крупные, которые собираются на дне стакана. Водоотделитель имеет наибольшую эффективность, если он установлен на максимально возможном удалении от компрессора.
Смазка. системы для смазки сжатого воздуха масляным туманом. Это позволяет значительно сократить потребление масла при улучшенном качестве смазки, и снабжать смазанным воздухом устройства, удаленные на расстояния до 500 м.


21)Первый закон термодинамики является основой термодинамической теории и имеет огромное прикладное значение при исследовании термодинамических процессов.
Этот закон является законом сохранения и превращения энергии:
"Энергия не исчезает и не возникает вновь, она лишь переходит  из одного вида в другой в различных физических процессах".
Для термодинамических процессов закон устанавливает взаимосвязь между теплотой, работой и изменением внутренней энергии ТД системы:
"Теплота, подведенная к системе, расходуется на изменение внутренней энергии системы и совершение работы".
Уравнение первого закона термодинамики имеет следующий вид:
Q = (U2 – U1) + L ,       (2.1) где Q - количества теплоты подведенная (отведенная) к системе;
L - работа, совершенная системой (над системой);
(U2 – U1) - изменение внутренней энергии в данном процессе.
Если:
Q > 0 – теплота подводится к системе;
Q < 0 – теплота отводится от системы;
L > 0 –работа совершается системой;
L < 0 – работа совершается над системой.
Для единицы массы вещества уравнение первого закона термодинамики имеет вид:
q = Q /m = (u2 – u1) + l .        (2.2)
В дальнейшем все формулы и уравнения будут даны в основном для единицы массы вещества.
1-й закон ТД указывает, что для получения полезной работы (L) в непрерывно действующем тепловом двигателе надо подводить (затрачивать) теплоту (Q).
"Двигатель, постоянно производящий работу и не потребляющий никакой энергии называется вечным двигателем I рода".
Из этого можно высказать следующее определение 1-го закона термодинамики:
"Вечный двигатель первого рода невозможен".
23) Истинная теплоемкость рабочего тела определяется отношением количества подведенной (отведенной) к рабочему телу теплоты в данном ТД процессе к вызванному этим изменению температуры тела.
С = dQ / dT , [Дж /К] ;       (2.3)
Теплоемкость зависит от внешних условий или характера процесса, при котором происходит подвод или отвод теплоты.
Различают следующие удельные теплоемкости:
массовую – с = С / m , [Дж/кг] ;          (2.4)
молярную - с
· = С /
· , [Дж/моль] где
· - количество вещества [моль] ;
объемную - с/ = С / V = с·
· , [Дж/м3]где -
· = m / V -плотность вещества.
Связь между этими теплоемкостями:
с = с/ ·
· = с
· /
· ,
где -
· = V/m - удельный объем вещества, [м3/кг];

· – молярная (молекулярная) масса, [кг/моль].
Теплоемкость газов в большой степени зависит от тех условий, при которых происходит процесс их нагревания или охлаждения. Различают теплоемкости при постоянном давлении (изобарная) и при постоянном объеме (изохорная).
Таким образом различают следующие удельные теплоемкости:
ср , сv – массовые изобарные и изохорные;
сp
· , сv
· – молярные изобарные и изохорные;
с/p , с/v – объемные изобарные и изохорные.
Между изобарными и изохорными теплоемкостями существует следующая зависимость:
ср - сv = R - уравнение Майера;        (2.7)
сp
· - сv
· = R
· .      (2.8)
Теплоемкость зависит от температуры, которые даются в справочных литературах в виде таблицы как средние теплоемкости в интервале температур от 0 до tх. Для определения средней теплоемкости в интервале температур от t1 до t2 можно использовать следующую формулу:
с|t2t1 = (с|t20 t2 - с|t10 t1) / (t2 - t1) .         (2.9)

24) Идеальным газом называется такой газ, у которого отсутствуют силы взаимного притяжения и отталкивания между молекулами и пренебрегают размерами молекул. Все реальные газы при высоких температурах и малых давлениях можно практически рассматривать как идеальные газы.
Уравнение состояния как для идеальных, как и для реальных газов описываются тремя параметрами по уравнению (1.7).
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. французским физиком Клапейроном и для 1 кг массы газа имеет вид:
Р·
· = R·Т ,            (2.10)
где: R – индивидуальная газовая постоянная и представляет работу 1 кг газа в процессе при постоянном давлении и при изменении температуры на 1 градус, Дж/(кг · К)
Уравнение (2.10) называют термическим уравнением состояния или характеристическим уравнением.
Для произвольного количества газа массой m уравнение состояния будет:
Р·V = m·R·Т .                                                                                    (2.11)
В 1874 г. Д.И. Менделеев основываясь на законе Дальтона ("В равных объемах разных идеальных газов, находящихся при одинаковых температурах и давлениях, содержится одинаковое количество молекул") предложил универсальное уравнение состояния для 1 кг газа, которую называют уравнением Клапейрона-Менделеева:
Р·
· = R
··Т/
· ,где:
· - молярная (молекулярная) масса газа, (кг/кмоль);
R
· = 8314,20 Дж/кмоль (8,3142 кДж/кмоль) - универсальная газовая постоянная и представляет работу 1 кмоль идеального газа в процессе при постоянном давлении и при изменении температуры на 1 градус.
Зная R
· можно найти газовую постоянную R = R
·/
·.
Для произвольной массы газа уравнение Клапейрона-Менделеева будет иметь вид:
Р·V = m·R
··Т/
· .       (2.13)

25) Основными недостатками поршневых двигателей внутреннего сгорания являются ограниченность их мощности и невозможность адиабатного расширения рабочего тела до атмосферного давления, которые отсутствуют в газотурбинных установках. ГТУ рабочим телом являются продукты сгорания жидкого или газообразного топлива.
На рис.7.6 дана схема простейшей газотурбинной установки со сгоранием топлива при постоянном давлении. 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.
 [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
На рис.7.7 и рис7.8 представлены идеальный цикл ГТУ на PV и TS диаграммах.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
1-2 - адиабатное сжатие до давления Р2;
2-3 – подвод теплоты q1 при постоянном давлении Р2 (сгорание топлива);
3-4 – адиабатное расширение до первоначального давления Р1;
4-1 – охлаждение рабочего тела при постоянном давлении Р1 (отвод теплоты q2);
 Характеристиками цикла являются:
степень повышения давления - l = Р2/ Р1 ;
степень изобарного расширения - r = n3 /n2 .
Работа турбины:
lт = h3 – h4 .        (7.10)
Работа компрессора:
lн = h2 – h1 .        (7.11)
Полезная работа ГТУ равна разности работ турбины и компрессора:
lГТУ = lт – lк .       (7.12)
Термический к.п.д. цикла ГТУ имеет вид:
ht = 1 – 1/ l (k-1)/k .         (7.13)
Теоретическая мощность газовой турбины, компрессора и установки (ГТУ):
Nт = lт·D/3600 = (h3 – h4)·D/3600 , (7.14)
Nк = lк·D/3600 = (h2 – h1)·D/3600 , (7.15)
NГТУ = lГТУ·D/3600 = [(h3 – h4) (h2 – h1) ]·D/3600 . (7.16)
Действительный цикл ГТУ отличается от теоретического наличием потерь на трение и вихреобразование в турбине и компрессоре. Эффективными методами повышения экономичности газотурбинных установок являются: регенерация теплоты, ступенчатое сжатие и расширение рабочего тела и пр.
26) Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания подразделяют на три группы:
с подводом теплоты при постоянном объеме (карбюраторные ДВС);
с подводом теплоты при постоянном давлении (компрессорные дизели);
со смешанным подводом теплоты при постоянном объеме и постоянном давлении (безкомпрессорные дизели);
Основными характеристиками или параметрами любого цикла теплового двигателя являются следующие безразмерные величины:
степень сжатия (отношение удельных объемов рабочего тела в начале и конце сжатия)
e = n1 / n2 ,          (7.5)
степень повышения давления (отношение давлений в конце и в начале изохорного процесса подвода теплоты)
l = Р3 / Р2 ,             (7.6)
степень предварительного расширения (отношение удельных объемов в конце и в начале изохорного процесса подвода теплоты)
r = n3 / n2 .                       (7.7)
1).Рассмотрим цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном объеме на примере четырехтактного двигателя.
Диаграмма реального двигателя представлена на рис.7.3.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
а-1 (1 такт) – в цилиндр через всасывающий клапан поступает смесь воздуха и паров горючего (не термодинамический процесс);
1-2 (2 такт) – адиабатное сжатие (повышается температура);
2-3 – сгорание горючей смеси, давление быстро возрастает при постоянном объеме (подвод теплоты q1);
3-4 (3 такт) – адиабатное расширение (рабочий процесс, совершается полезная работа);
4-а – открывается выхлопной клапан и отработанные газы покидают цилиндр давление цилиндра падает (отводится тепло q2);
1-а (4 такт) – выталкивание оставшихся в цилиндре газов.
Затем процесс повторяется.
Описанный процесс является необратимым (наличие трения, химической реакции в рабочем теле, конечные скорости поршня, теплообмен при конечной разности температур и т.п.).
Для анализа теории тепловых машин термодинамика рассматривает идеальные обратимые циклы. Диаграмма идеального процесса двигателя внутреннего сгорания показана на рис.7.4.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Из этой диаграммы выводится формула для термического к.п.д. цикла с подводом теплоты при постоянном объеме, который имеет следующий вид:
ht = 1 – 1/ek ,         (7.8)
где: e – степень сжатия (основной показатель работы двигателя, чем выше e, тем выше экономичность ДВС);
k – показатель адиабаты.
2). Идеальный цикл ДВС со смешанным подводом теплоты (безкомпрессорные дизели). Диаграмма цикла показана на рис.7.5.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
1-2 - чистый воздух с температурой Т1 сжимается до температуры Т2, которая больше температуры воспламенения топлива. В этот момент в цилиндр через форсунки под давлением впрыскивается топливо.
2-3 – горючая смесь самовоспламеняется и к рабочему телу подводится тепло q1/, давление повышается до Р3.
3-4 – поршень перемешается обратно, поступление и сгорание топлива продолжается при постоянном давлении и подводится тепло q1//.
4-5 – поршень продолжает перемещаться в нижнюю мертвую точку, давление падает (адиабатное расширение);
5-1 – процесс отвода теплоты q2 при постоянном объеме (через выпускной клапан покидают отработанные газы).
Термический к.п.д. цикла определяется по формуле:
ht = l – (l·rk – 1) / ek-1·[(l - 1) + k·l·(r – 1)] .     (7.9)
Цикл двигателей с подводом теплоты при постоянном давлении широкое применение не нашли, так как у этих циклов очень большой коэффициент сжатия.


































22) Кондиционирование воздуха - автоматическое поддержание в закрытых помещениях всех или отдельных параметров воздуха (температуры, относительной влажности, чистоты, скорости движения) с целью обеспечения главным образом оптимальных метеорологических условий, наиболее благоприятных для самочувствия людей, ведения технологического процесса, обеспечения сохранности ценностей.
Цели. Кондиционирование воздуха в помещениях предусматривается для создания и поддержания в них:
установленных нормами допускаемых условий воздушной среды, если они не могут быть обеспечены более простыми средствами;
искусственных климатических условий в соответствии с технологическими требованиями внутри помещения или части их круглогодично или в течение теплого либо холодного периода года;
оптимальных (или близких к ним) гигиенических условий воздушной среды в производственных помещениях, если это экономически оправдано увеличением производительности труда;
оптимальных условий воздушной среды в помещениях общественных и жилых зданий, административных и многофункциональных, а также вспомогательных зданий промышленных предприятий.
Кондиционирование воздуха, осуществляемое для создания и поддержания допускаемых или оптимальных условий воздушной среды, носит название комфортного, а искусственных климатических условий в соответствии с технологическими требованиями технологического. Кондиционирование воздуха осуществляется комплексом технических решений, именуемых системой кондиционирования воздуха (СКВ). В состав СКВ входят технические средства приготовления, перемешивания и распределения воздуха, приготовления холода, а также технические средства хладо- и теплоснабжения, автоматики, дистанционного управления и контроля.
Приточная Производится посредством приточных установок. Вентиляционная приточная установка служит для подачи свежего воздуха в помещение взамен удаляемого.
Приточная установка в качестве основных узлов имеет калорифер, вентиляторы, систему фильтрации и электроавтоматику для управления и контроля. Если к качеству воздуха предъявляются особые требования, то приточный воздух может подвергаться дополнительной обработке, такой как нагрев, охлаждение, осушение воздуха, увлажнение воздуха, очистка с помощью фильтров и т.д. Приточные установки бывают как промышленного назначения (используются на промышленных объектах), так и бытового.
Вытяжная Является прямо противоположным явлением приточной и предназначена для удаления отработанного воздуха из жилых, производственных и других помещений. Различают общеобменную (осуществляющую воздухообмен для всего помещения) и местную (устанавливаемую непосредственно на рабочем месте).
Как правило, вытяжная вентиляция оправдывает себя на промышленных объектах, когда необходимо удалять избыточное тепло и вредные примеси либо из всего объема воздуха помещения, либо только из определенных мест. Работа вытяжной установки может быть основана как на принципе естественного воздухообмена, так и иметь механическое побуждение движения воздуха, например, используя вентиляторы.


29) Свободная конвекция
Конвекция - перенос теплоты в жидкостях или газах потоками вещества, т.е. теплообмен происходит путем переноса материальных частиц. Свободная конвекция возникает в поле силы тяжести при неравномерном нагреве (нагреве снизу) текучих веществ.
Свободноконвективные течения возникают в результате изменений плотности, разность плотностей нагретоо и охлажденного вещества создает выталкивающую силу (Архимедова сила), под действием которой возникает течение. Полный тепловой поток в результате теплоотдачи определяется формулой Ньютона, которая связывает тепловой поток q и разность температур 8Т поверхности тела и окружающей среды:
q=
·*S*
·T ,где

· - коэффициент теплоотдачи, зависящий от вида течения,
свойств вещества, размеров нагретого тела;
S - поверхность тела
Так как конвекция связана с массопереносом, то эффективность ее проявления в газах
определяется давлением. При низком давлении газов эффект не проявляется.



30) 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 знание 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.е. U = f (P,T), U = f (
· ,T) U= f (P,
·).
·аждому состоянию рабочего тела (системы) соответствует вполне определенное значение параметров состояния, то для каждого состояния газа будет характерна своя однозначная, вполне определенная величина внутренней энергии U. 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.







































31)Котельная установка-совокупность устройств, предназначенная для получения водяного пара (горячей воды) заданных параметров.
По назначению котельные установки делят на энергетические, производственные и отопительно-производственные. В энергетических котельных  установках вырабатывают пар для привода турбин, в производственных для технологических нужд, а в отопительно-производственных вырабатывают пар или горячую воду для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых и производственных зданий.
Состав котельной установки - котельная установка состоит из одного или нескольких котельных агрегатов и вспомогательных устройств, обеспечивающих  беспрерывную и надежную работу .К вспомогательным устройствам относят:
-питательные насосы для  непрерывной подачи воды в котельный агрегат;
-дутьевые вентиляторы и дымосос для подачи воздуха в котельный агрегат и удаления из него в атмосферу продуктов сгорания;
-топливоприготовительные и топливоподающие устройства для непрерывного приготовления и подачи топлива в котельный агрегат;
-золоулавливающее и золошлакоудаляющее оборудование для очистки дымовых газов от эоловых частиц с целью охраны окружающей среды от загрязнения и для организованного отвода шлака и уловленной золы;
-водоподготовительные установки для обеспечения обработки  исходной (сырой) воды до заданного качества;
-контрольно-измерительную аппаратуру для контроля и автоматического регулирования режима работы котельного агрегата;
-соединительные трубопроводы.
Питательные насосы - электроприводные поршневые или центробежные, а также паровые поршневые или паротурбинные насосы, предназначенные для подачи в паровые котельные агрегаты питательной водой и поддержания нормального уровня воды в верхнем барабане.
В каждой котельной устанавливают не менее двух групп питательных насосов с независимым приводом: основные и резервные. В качестве основных применяют, как правило, центробежные насосы с электроприводом с суммарной подачей не менее 110% номинальной паропроизводительности котельной. Резервные - насосы с паровым приводом. Их подача должна быть не менее 50% номинальной паропроизводительности.
Дутьевой вентилятор - центробежное устройство, установленное в начале воздушного тракта, подающее воздух в топку и создающее напор, необходимый для преодоления сопротивлений  воздухоподогревателя, воздуховодов, горелок или колосниковой решетки.
Дымосос - центробежное устройство, установленное на газовом тракте за котельным агрегатом, создающее на всасывающей стороне разрежение способствующее  продвижению продуктов сгорания по газоходам, а на нагнетательной стороне напор, необходимый для преодоления сопротивлений золоуловителя, дымохода и дымовой трубы.
Естественная тяга - движущая сила, обусловленная разностью статических давлений между поступающим в топку воздухом и покидающими котельную установку продуктами сгорания, создаваемая дымовой трубой.
Эта сила расходуется на преодоление аэродинамических сопротивлений газового тракта котельной установки.
Искусственная тяга - движущая сила создаваемая совместным действием дымососа и вентилятора.
Топливоприготовление - совокупность устройств по подготовке топлива для сжигания.
Процесс подготовки твердого топлива для сжигания в камерной топке состоит из следующих стадий:
-удаление металла и щепы с предварительным грубым дроблением в дробильной установке;
-подсушка и размол до состояния пыли с размером частичек от 1 мкм до 300 - 500 мкм в системе пылеприготовления и
-подача готовой пыли в топочные устройства.
Мазутное хозяйство котельной состоит из:
-приемно-сливного устройства;
-мазутонасосной станции, где производится грубая и тонкая очистка топлива от механических примесей;
-мазутохранилища
-теплообменников для разогрева мазута до температуры (80 - 120) 0С перед подачей к горелочным устройствам.
Газовое хозяйство котельной несложно, относительно невысокой стоимости, надежно в эксплуатации. Газ высокого давления от 0,3 до 0,6 МПа подают к районным газораспределительным станциям (ГРС), где давление его понижают (редуцируют) до 0,005 - 0,3 МПа. Затем газ среднего давления распределяют по районным или промышленным газораспределительным пунктам (ГРП). Здесь происходит дальнейшее дросселирование газа до давления до 0,003 - 0,005 МПа, которое автоматически поддерживают постоянным независимо от его расхода.
Золоулавливание - совокупность устройств по улавливанию летучей золы, находящейся в продуктах сгорания, с целью охраны окружающей среды от загрязнения.
При выбросе из дымовых труб частицы золы рассеиваются в атмосфере и выпадают с течением времени на поверхность земли. Максимальная концентрация твердых частиц наблюдается на расстоянии 8 - 18 Н от источника выброса (здесь: Н - высота дымовой трубы).
Золоуловители, применяемые в энергетике, разделяют на следующие основные группы:
-     механические  сухие инерционные золоуловители, в которых частицы золы  отделяются от газа под действием центробежных, инерционных или сил тяжести;
-     мокрые золоуловители, в которых частицы золы удаляются из газа промывкой или орошением его водой с последующим осаждением частиц золы на смачиваемых поверхностях или улавливанием частиц на водяной пленке;
-     электрофильтры, в которых частицы золы улавливают осаждением их на электродах под действием электрических сил;
-     комбинированные золоуловители, в которых используют различные способы очистки.
Золошлакоудаление - совокупность механизмов и устройств по удалению из помещения котельной золы и шлака.
Основными способами золошлакоудаления являются: ручное, механизированное, пневматическое и гидравлическое.
Ручное золошлакоудаление применяют в небольших отопительно-производственных котельных. При этом используют узкоколейные вагонетки с опрокидывающимся кузовом.
При механизированном золошлакоудалении применяют скреперные установки, скиповые подъёмники, скребковые транспортеры, шлаковыгружатели.
При пневмошлакоудалении шлак и золу удаляют по двум схемам: нагнетательной и всасывающей. В первой схеме шлак и золу транспортируют воздухом, который подают высоконапорным вентилятором, а во второй схеме используют различные вакуумные механизмы.
При гидрошлакоудалении применяют или низконапорные багерные насосы, перекачивающие гидромассу, или  высоконапорные гидроаппараты, смывающие золу и шлак в специальные резервуары.





















32) Энтальпия  это свойство вещества, указывающее количество энергии, которую можно преобразовать в теплоту.
Энтальпия  это термодинамическое свойство вещества, которое указывает уровень энергии, сохраненной в его молекулярной структуре. Это значит, что, хотя вещество может обладать энергией на основании температуры и давления, не всю ее можно преобразовать в теплоту. Часть внутренней энергии всегда остается в веществе и поддерживает его молекулярную структуру. Часть кинетической энергии вещества недоступна, когда его температура приближается к температуре окружающей среды. Следовательно, энтальпия  это количество энергии, которая доступна для преобразования в теплоту при определенной температуре и давлении. Единицы энтальпии  британская тепловая единица или джоуль для энергии и Btu/lbm или Дж/кг для удельной энергии.
Количество энтальпии вещества основано на его данной температуре. Данная температура  это значение, которая выбрано учеными и инженерами, как основание для вычислений. Это температура, при которой энтальпия вещества равна нулю Дж. Другими словами, у вещества нет доступной энергии, которую можно преобразовать в теплоту. Данная температура у различных веществ разная. Например, данная температура воды  это тройная точка (О °С), азота
·150°С, а хладагентов на основе метана и этана
·40°С.
Если температура вещества выше его данной температуры или изменяет состояние на газообразное при данной температуре, энтальпия выражается положительным числом. И наоборот при температуре ниже данной энтальпия вещества выражается отрицательным числом. Энтальпия используется в вычислениях для определения разницы уровней энергии между двумя состояниями. Это необходимо для настройки оборудования и определения коэффициента полезного действия процесса.
Энтальпию часто определяют как полную энергию вещества, так как она равна сумме его внутренней энергии (и) в данном состоянии наряду с его способностью проделать работу (pv). Но в действительности энтальпия не указывает полную энергию вещества при данной температуре выше абсолютного нуля (-273°С). Следовательно, вместо того, чтобы определять энтальпиюкак полную теплоту вещества, более точно определять ее как общее количество доступной энергии вещества, которое можно преобразовать в теплоту.  H = U + pV
Энтропия  это сокращение доступной энергии вещества в результате передачи энергии. Первый закон термодинамики гласит, что энергию невозможно создать или уничтожить. Следовательно, количество энергии во вселенной всегда такое же, как было и при ее создании. Второй закон термодинамики гласит, что коэффициент полезного действия ни одного реального (необратимого) процесса не может быть 100% при преобразовании энергии в работу.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ],
где
·S  изменение энтропии,
·Q  изменение теплоты, T  абсолютная термодинамическая температура.
Следовательно, количество энергии для преобразования в работу или теплоту непрерывно уменьшается со временем, так как теплота спонтанно переходит из более теплой области к более холодной. Другими словами, количество энергии во вселенной остается постоянным, но ее способность использования для того, чтобы проделать полезную работу, уменьшается при каждой теплопередаче и выполнении работы. Энтропия используется для измерения уменьшения пригодности энергии в результате процесса.
Термин «энтропия» используется для описания количества хаотичности в любой системе. В термодинамике энтропия указывает расположение молекул вещества или организацию энергии системы. Системы или вещества с высоким значением энтропии более дезорганизованы, чем с низким. Например, у молекул в твердых телах определенная кристаллическая структура, благодаря чему они лучше организованы, и у них ниже значение энтропии. При сообщении телу теплоты и изменении его состояния на жидкое увеличивается уровень его энтропии, так как кинетическая энергия увеличивает колебания молекул, в результате чего их положение становится случайным.
Энтропия увеличивается, когда жидкость изменяет состояние на газообразное при потреблении большего количества тепловой энергии. Такая же аналогия существует при описании порядка источников энергии. Если энергия заключена в ограниченном источнике, у нее низкое значение энтропии. Если она распределена среди большого количества молекул, ее интенсивность уменьшается, увеличивая энтропию. Например, если 1,05 кДж энергии у 1000 молекулпередать 1 миллиону молекул, интенсивность энергии уменьшится, а энтропия возрастет. Энтропию трудно понять, так как это абстрактное понятие беспорядка энергии во вселенной. Этот беспорядок связан с уменьшением пригодности энергии для преобразования в работу. Энергия всегда становится недоступной, если процессы уменьшают ее интенсивность, распространяя ее по вселенной. Если энергия распределена среди бесчисленных молекул вселенной, разница температур самых холодных и самых теплых участков уменьшается. Если разница температур уменьшается, тепловая энергия, которую можно преобразовать в полезную работу, также уменьшается. Следовательно, любой процесс, который производит увеличение энтропии, уменьшает энергию для будущих процессов. В конечном счете наступит момент, когда энтропия вселенной приблизится к максимальному значению, и преобразование теплоты в работу станет невозможным.
Все процессы теплопередачи в конечном счете увеличивают энтропию вселенной. Хотя энтропия двух процессов может показать математическое уменьшение, как в процессе конденсации или переохлаждения энтропия вселенной все равно увеличивается, так как во всех процессах передачи теплоты от более холодных участков более теплым выполняется работа. Данная работа больше увеличивает энтропию, чем уменьшает при теплопередаче жидкости, когда она охлаждается или конденсируется.
Абсолютная энтропия (S) вещества или процесса это изменение доступной энергии при теплопередаче при данной температуре (Btu/R, Дж/К).Математически энтропия равняется теплопередаче, деленной на абсолютную температуру, при которой происходит процесс. Следовательно, процессы передачи большого количества теплоты больше увеличивают энтропию. Также изменения энтропии увеличатся при передаче теплоты при низкой температуре. Так как абсолютная энтропия касается пригодности всей энергии вселеннойтемпературу обычно измеряют вабсолютных единицах(R, К).
Удельную энтропию (S) измеряют относительно единицы массы вещества. Температурные единицы, которые используются при вычислении разниц энтропии состояний, часто приводятся с температурными единицами в градусах по Фаренгейту или Цельсию. Так как различия в градусах между шкалами Фаренгейта и Ренкина или Цельсия и Кельвина равные, решение в таких уравнениях будет правильным независимо от того, выражена энтропия в абсолютных или обычных единицах. У энтропии такая же данная температура, как и данная [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] определенного вещества.
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.
Энтропию можно определить как функцию основных параметров состояния:
S = f1(P,V) ; S = f2(P,T) ; S = f3(V,T) ;           (3.3)или для удельной энтропии: s = f1(P,
·) ; s = f2(P,T) ; s = f3(
·,T) ;           (3.4)
Так как энтропия не зависит от вида процесса и определяется начальными и конечными состояниями рабочего тела, то находят только ее изменение в данном процессе, которые можно найти по следующим уравнениям:
Ds = cv·ln(T2/T1) + R·ln(
· 2/
· 1) ;                           (3.5)
Ds = cp·ln(T2/T1) - R·ln(P2/P1) ;                             (3.6)
Ds = cv·ln(Р2/Р1) + cр·ln(
· 2/
· 1) .                               (3.7)
Если энтропия системы возрастает (Ds > 0), то к системе подводится тепло.
Если энтропия системы уменьшается (Ds < 0), то от  системы отводится тепло.
Если энтропия системы не изменяется (Ds = 0, s = Const), то системе не подводится и не отводится тепло (адиабатный процесс).


33)Под газовой смесью понимают смесь отдельных газов, не вступающих между собой ни в какие химические реакции. 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 каждый газ, входящий в состав смеси, если бы этот газ находился один в том же количестве, в том же объеме и при той же температуре, что и в смеси.
Газовая смесь подчиняется закону Дальтона: «Общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений отдельных газов, составляющих смесь».
Р = Р1 + Р2 + Р3 + . . . Рn =
· Рi ,                                                                (2.14)
где Р1 , Р2 , Р3 . . . Рn – парциальные давления.
Состав смеси задается объемными, массовыми и мольными долями, которые определяются соответственно по следующим формулам:
r1 = V1 / Vсм ; r2 = V2 / Vсм ; rn = Vn / Vсм ,             (2.15)
g1 = m1 / mсм ; g2 = m2 / mсм ; gn = mn / mсм ,              (2.16)
r1 =
·1 /
·см ; r2 =
·2 /
·см ; rn =
·n /
·см ,                    (2.17)
где V1 , V2 ; Vn , Vсм –объемы компонентов и смеси;
m1 , m2 ; mn , mсм – массы компонентов и смеси;

·1 ,
·2 ;
·n ,
·см – количество вещества (киломолей) компонентов и смеси.
Для идеального газа по закону Дальтона:
r1 = r1 ; r2 = r2 ; rn = rn . (2.18)
Так как V1 +V2 + + Vn = Vсм и m1 + m2 + + mn = mсм ,
то r1 + r2 + + rn = 1 , (2.19)
g1 + g2 + + gn = 1. (2.20)
Связь между объемными и массовыми долями следующая:
g1 = r1
·
·1/
·см ; g2 = r2
·
·2 /
·см ; gn = rn
·
·n /
·см ,           (2.21)
где:
·1 ,
·2 ,
·n ,
·см – молекулярные массы компонентов и смеси.
Молекулярная масса смеси:

·см =
·1 r1 + r2 
·2+ + rn 
·n .            (2.22)
Газовая постоянная смеси:
Rсм = g1 R1 + g2 R2 + + gn Rn = R
· (g1/
·1 + g2/
·2+ + gn/
·n ) =
= 1 / (r1/R1 + r2/R2+ + rn/Rn) .            (2.23)
Удельные массовые теплоемкости смеси:
ср см. = g1 ср 1 + g2 ср 2 + + gn ср n .               (2.24)
сv см. = g1 ср 1 + g2 сv 2 + + gn сv n .               (2.25)
Удельные молярные (молекулярные) теплоемкости смеси:
ср
· см. = r1 ср
· 1 + r2 ср
· 2 + + rn ср
· n .                (2.26)
сv
· см. = r1 сv
· 1 + r2 сv
· 2 + + rn сv
· n .                (2.27)

12565492\Delta S = \frac{\Delta Q}{T} Заголовок 215

Приложенные файлы

  • doc 8159171
    Размер файла: 706 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий