Вінницький національний технічний університет Кафедра теплоенергетики« Вступ до фаху »Спеціальність 6.090500 Спеціальність 6.000008Вінниця 20052 Теоретичні основи теплотехніки2.1. Технічна термодинаміка, гідро газодинаміка ,тепломасообмін 2.2. Технічна термодинаміка вивчає теоретичні основи перетворен-ня теплової енергії в механічну. Закони цієї науки лежать в основі роботи парових і газових турбін , двигунів , парових машин тощо. 2.3. Рух рідин і газів – невід’ємна частина функціонування будь-якого тепло технологічного агрегату або системи (водо- і газопроводи , системи опалення , димові канали печей , насоси , димові труби , тепло технологічне устаткування –ВА , сушарки - тощо ). Рух рідин і газів підпорядкований одним законам , тому гази також називають „рідинами”. Обумовлюють „крапельна рідина” чи „газ”. Гідро газодинаміка вивчає закони руху „рідин”. 2.4. Наука про тепломасообмін – основа для всіх прикладних теплоенергетичних дисциплін. Тепло- і масообмінні процеси є основними практично в усіх теплоенергетичних системах і тепло технологічних установках , постійно присутніми у повсякденній практиці. Теплообмін, або передача теплоти відбувається завжди , коли є різниця температур між різними тілами або між частинами одного тіла. ТМО вивчає закономірності ТМО. 2.5. Фізичне тіло, що бере участь у процесі перетворення енергії і називається робочим тілом характеризується параметрами стану: Р , V , Т.Зміна параметрів стану робочого тіла називається процесом ( наприклад , процес нагрівання або охолодження процес стискання або розширення ). Процеси в РV- діаграмі , якщо рівноважні. 2.6. Витікання пари і газів високого тиску спостерігається в газових і парових турбінах , пальниках , продувних формах тощо. Відбувається воно через сопло , яким є канал , призначений для зміни кінетичної енергії газу або пари.Витікання - це процес розширення , тобто процес зменшення тиску і збільшення питомого об’єму . Цей процес звичайно вважають адіабатним , тобто без теплообміну із навколишнім середовищем. Зміна ентальпії та швидкості зв’язана рівнянням:Особливістю витікання газів є різний дозвукового М1 (надкритичного) витікання М=W/а. 2.7. Розрахунок втрат енергії під час руху рідин каналом необхідний для вибору тягодувних засобів : вентилятора , водяного насосу, димососу або димової труби. Напір тягодутьового засобу поступово витрачається на подолання опору руху: опір тертям , місцеві , гідростатичні.∆Ртр= λ(l/d)(W2ρ/2); ∆Рм.оп=ζм.оп (W2ρ/2); ∆Рг=±Hg( ρп- ρг);∆РΣ= Σ ∆Ртр + Σ ∆Рм.оп ± Σ ∆Рг2.8. Розрахувати розрідження , котре має створити димова труба біля своєї основи , якщо до неї приєднаний димовий тракт. Такі тягодутьові машини , як ексгаустер , вентилятор , димосос випускають серійно. Для вибору їх за каталогом треба знайти витрати газів V0 та загальний опір ∆РΣ. Ці величини беруться з деяким запасом.Вентилятор – для подачі повітря.^ Для відводу відпрацьованих продуктів горіння – димосос, ексгаузер , димова труба , етектор , витяжний зонт.2.9. Ламінарний і турбулентний рухи. 2.10. ТЕПЛОПРОВІДНІСТЬ- це процес переносу теплоти в середині тіла (суцільному середовищі), який обумовлений неоднаковістю температур в розглядаємому просторі .Механізм теплопровідності в газах, рідинах, і твердих тілах різний.В газах-обумовлене переносом кінетичної енергії за молекулярного руху. Внаслідок співударяння „гарячих ” молекул (з більшою кінетичною енергією ) з „холодними” відбувається передача кінетичної енергії.В рідинах- теплота передається від одного шару рідини іншому шляхом пружних коливань , які тим інтенсивніше , чим вища температура.У твердих тілах- теплота передається також за рахунок пружних коливань , але в металах теплопровідність в основному обумовлена рухом електронів , потік яких подібний до одноатомного ідеального газу.^ Конвективний теплообмін між потоком рідини або газу і поверхнею твердого тіла має такий механізм: передача теплоти в рідині (газі) далеко від поверхні йде за рахунок конвекції (тобто переміщення мікро- і макровихорів) , а поблизу поверхні – за рахунок молекулярної передачі або теплопровідності. Конвективний перенос теплоти завжди обумовлений рухом – цей рух – природний або вимушений.^ Теплообмін випромінюванням відбувається за квантового переходу атомів і молекул із стаціонарних станів з більшою енергією в стаціонарний стан з меншою енергією. Безперервне випромінювання – один з різновидів електромагнітних коливань з довжиною хвиль від 0,4 до 400 мкм ; 0,4...0,76 мкм видимі (світлові) промені ; 0,76...400мкм –інфрачервоні теплові промені. 2.11. Нестаціонарне температурне поле t=f (x,y,z,τ ) Стаціонарне температурне поле t=f (x,y,z, )Градієнт температур – вектор , спрямований по нормалі в бік підвищення температури .grad t=dt/dnгустина потоку (гіпотеза Фур’є) q=-λ grad t 2.12. Нестаціонарне температурне поле описується диференційним рівнянням, отриманим із балансу теплоти. Для того, щоб розв’язати диференційне рівняння, тобто знайти розподіл температур у будь-який момент часу , необхідно задати умови однозначності: форма тіла і його розміри , теплофізичні властивості матеріалу тощо. Енергія біомаси – знизити витрати на дублювання.^ 3 Паливо та його використання. Горіння палива 3.1. Паливом називають речовину, під час спалювання якої виділяється значна кількість теплоти. Паливо відповідає таким вимогам : велика кількість у природі, відносна легкість видобування і транспортування, легкість і простість спалювання, нешкідливість продуктів горіння, можливість керування процесом горіння. 3.2. За агрегатним станом паливо поділяють на тверде, рідке і газоподібне; за походженням – на природне і штучне.Тверде : торф, буре та кам’яне вугілля, антрацит, горючі сланці.Штучне : кокс, напівкокс, вугільні брикети, порох.Природне рідке – нафта ; штучне – бензин, гас, мазут, дизельне паливо, гудрон, масла, бензол, спирт.Штучний вид газу –нафтозаводський, коксовий, домений, генераторний. 3.3^ . Вища теплота горіння Qрв – відповідає умові, коли всі водяні пари продуктів горіння знаходяться в сконденсованому стані при 0°С. Нижча теплота горіння Qрн – умові, коли водень палива згоряє у водяну пару, а волога палива випаровується.3.4. Відношення дійсної кількості повітря до теоретично необхідного, називається коефіцієнтом витрати повітря і позначається α : α = αg/α0 3.5. Горінням називається хімічний процес з’єднання горючих елемен-тів палива з окислювачем (киснем) і швидким підйомом температури.Розрізняють кілька температур горіння : паропродуктивну (tmax) , калориметрій ну (tкал), теоретичну (tт) і дійсну (tд)tmax= Qвп / Vп.г. С п.г. ; tкал = (Qвп+Qф.пал.+Qф.н. )/ Vп.г. С п.г.tт= (Qрн + Qф.т.+ Qф.в. – Qдис.) / Vп.г. С п.г.tд= (Qвпоч+ Qф.пал + Qф.н. – Qдис. – Qвтр.) / Vп.г. С п.г.3.6. Природній газ складається з газоподібних вуглеводнів(СН4). Для подачі газу від місць видобування до споживачів будують трубопроводи на велику відстань стисненими під тиском 5…9 МПа. На шляху газопроводу споруджують газопідвищуючі станції. 3.7. Оскільки всі горючі гази не мають кольору і запаху, їх витік із газопроводів важко своєчасно виявити і відвернути вибухи, пожежі й отруєння, то газам штучно надають запаху. У техніці такий процес називають одоризацією газу, речовини застосовані до цього, – од-орантами , а апарати, де відбувається процес одоризації, – одори-заторами. Одоранти : меркантанти, сульфіди й дисульфіди.3.8. У зв’язку з тим, що з підвищенням температури сприймання запаху збільшується , норми витрати адоранту зимою більші , ніж улітку (2:1). Вміст адоранту в газі мусить бути таким , щоб різкий запах відчувався за концентрацією газу в повітрі приміщень не більше 1/5 нижньої границі вибуховості цього газу.Витрати адоранту на одоризацію зрідженого газу 12...13см3 на 1000л рідкого газу. Природній газ: табл.3.5 , стор.38.^ Спалювання і термічна обробка газу 3.9. Для здійснення процесу горіння разом з горючим газом повинна поступати необхідна кількість повітря , потрібен безпосередній контакт горючого газу й окислювача. Для процесу горіння необхідні такі умови: до горючого газу необхідно підвести в достатній кількості повітря , змішати газ з повітрям , газоповітряна суміш в концентраційних границях спалахнення і має бути підігрітою до температури спалахнення або мати джерело запалення , газоповітряна суміш мусить надходити зі швидкістю , що дорівнює швидкості розповсюдження полум’я. 3.10. У разі браку окислювача паливо повністю не згорить. У разі надлишку окислювача буде понижений пірометричний ефект горіння. Але суміш газу з повітрям спалахне лише в тому випадку, якщо температура суміші досягне певного рівня. З точки зору ланцюгової теорії горіння температура, за якої утворення й обрив ланцюгів знаходиться в рівновазі , називається температурою займання. Якщо температура суміші газу з повітрям більша від температури займання , відбувається самозаймання; у цьому випадку створення ланцюгів переважає над їхнім обривом і горіння протікає без підводу теплоти ззовні. Однак не кожна суміш горючого газу з повітрям спалахне. Газоповітряні суміші можуть спалахувати без притоку теплоти ззовні тільки у тому випадку, якщо вміст горючого газу в суміші знаходиться в певному для кожного газу межах. Існують верхня та нижня границя спалахненості . Нижня (менше) - газу занадто мало , щоб підігріти суміш до температури спалахнення. Верхня (більше) - не вистачить окислювача для такої кількості газу, щоб виділена у цей момент теплота підігріла суміш до температури спалахнення. За температури суміші , вищої від температури спалахнення, суміші газу з повітрям горять у будь - якому об’ємному співвідношенні. Вибух: суміш з концентрованими границями спалахнення в закриту посудину , є джерело з температурою спалахнення → миттєво горіння.3.11.^ Нормальною швидкістю горінн