- •Федеральное агенство по образованию
- •Подготовлено к печати на кафедре
- •Подписано в печать 12.11.04 Сдано в производство 10.11.04
- •Часть 1 Проблемы современного производства
- •Раздел 1.1. Энергетические ресурсы и динамика их
- •Раздел 2.2. Необратимое преобразование химической энергии
- •Раздел 2.3. Энергосбережение в энергосиловых установках…………..63
- •Раздел 2.4. Преобразование химической в работу при
- •Раздел 2.5. Энергосбережение в системах производства
- •Часть 1 Проблемы современного производства
- •Раздел 1.1. Энергетические ресурсы и динамика их
- •1.1.1. Источники энергии, мера их измерения
- •1.1.2. Топливно-энергетический потенциал Земли
- •Доказанные извлекаемые запасы органических топлив
- •1.1.3. Производство и потребление топливно - энергетических
- •1.1.4. Структура топливно – энергетических ресурсов.
- •1.1.5. Динамика потребления энергетических ресурсов.
- •1.1.6. Возобновляемые источники энергии.
- •Отсутствие дешевых преобразователей, низкие плотности потоков и неравномерность освещения сильно сдерживают использование этого вида энергии.
- •1.1.7. Новые источники энергии.
- •Раздел 1.2. Энергетический анализ технологий производства энергетической продукции
- •1.2.1 Топливные циклы.
- •Годовая потребность q в органическом топливе в натуральном
- •Приведем результаты расчетов по формулам (2.1) и (2.2) в виде
- •Количество отпущенной тэц в сеть за год электроэнергии
- •Раздел 1.3. Энергетика и экология
- •1.3.1. Место энергетики в антропогенных загрязнениях
- •До 80% антропогенных загрязнений окружающей среды
- •Выбросы вредных веществ в атмосферу являются наиболее важным
- •Выбросы загрязняющих веществ от предприятий энергетики
- •Тэк обеспечивает около 70% ежегодного нарушения земель
- •1.3.2. Структура вредных выбросов и их влияние на
- •1.3.3. Экологические требования к объектам энергетики
- •Поэтому при строительстве каждого энергообъекта обязательно
- •Невыполнение любого из приведенных ограничений делает
- •Все, рассмотренные выше, факторы негативного воздействия тэк
- •Раздел 1.4. Энергетика и экономика
- •1.4.1. Математические модели экономики
- •Модель обладает рядом недостатков. Например, считается, что
- •1.4.2. Модель экономики, включающая энергетику
- •Роль научно-технического прогресса и
- •Часть 2. Термодинамические основы энергосбережения
- •Раздел 2.1. Основы теории преобразования тепловой
- •2.1.1. Теорема Карно.
- •Энтропия как физическая характеристика преобразования тепла в работу. Неравенство Клаузиуса.
- •2.1.5. Химический потенциал
- •2.1.6. Эксергия
- •Подставляя (2.1.31) в (2.1.30), получим что
- •Раздел 2.2. Горение топлив и преобразование выделяющейся
- •Современное производство энергетической продукции и
- •2.2.2. Тепловые эффекты химических реакций. Закон Гесса.
- •Рассмотрим произвольную химическую реакцию
- •2.2.3. Тепловые эффекты образования веществ.
- •2.2.4. Изменение тепловых эффектов химических реакций
- •Тепловой эффект химической реакции
- •2.2.6. Преобразование энергии, выделяющейся при горении
- •2.2.6. Основные направления совершенствования
- •Раздел 2.3. Энергосбережение в энергосиловых установках
- •2.3.1. Регенерация тепла
- •Рассмотрим в качестве примера следующую задачу: как изменится
- •2.3.2. Изотермический подвод и отвод теплоты.
- •2.3.2. Бинарные циклы. Температуры горения органических топлив достаточно велики, и
- •2.3.3. Парогазовые установки.
- •При работе в базовом режиме используется пту, газотурбинная
- •Раздел 2.4. Преобразование химической в работу при
- •Константы равновесия химических реакций.
- •Максимальная работа при обратимых процессах.
- •2.4.3. Коэффициент использования топлива при
- •Идеальная машина для обратимого окисления
- •Раздел 2.5. Энергосбережение в системах производства
- •2.5.1. Обратимое преобразование работы в теплоту. Цикл
- •Обратимое преобразование теплоты.
- •Из рисунка видно, что при преобразовании тепла от источника с
- •Для холодильной машины
- •2.5.3. Тепловые насосы.
- •2.5.4. Энергосбережение при теплофикации
- •Количество отработанной теплоты, полезно использованной для
- •Сравнительный анализ теплофикации и тепловых
- •Р ис.2.5.7. Схемы двух исследуемых вариантов теплоснабжения
- •2.5.6. Основные направления энергосбережения при
- •Приложение 1. Зависимости средних теплоемкостей газов от температуры.
Раздел 2.5. Энергосбережение в системах производства
низкопотенциального тепла.
2.5.1. Обратимое преобразование работы в теплоту. Цикл
Клаузиуса.
Потребителями низкопотенциального тепла являются системы горячего водоснабжения и отопления. На входе в систему водяного отопления температура теплоносителя должна составлять 90 С, а на выходе+50 С. Повышение температуры выше 90 С недопустимо из санитарно-гигиенических требований.
Прямое сжигание топлива для получения низкопотенциальной теплоты с термодинамической точки зрения - абсурдно. Еще более расточи-
тельно прямое использование для отопления электроэнергии. Преобразование теплоты в работу невозможно без уплаты энергетического налога, часть тепловой энергии необходимо отдать более холодному телу, в качестве которого обычно выступает окружающая среда. Работа или электрическая энергия преобразуются в теплоту сравнительно легко в необратимых процессах типа выделения тепла Джоуля-Томсона при прохождении тока через проводник. Спрашивается, можно ли перевести работу в теплоту с помощью обратимого процесса, и каковы закономерности этого преобразования? Ответ на этот вопрос был дан уже на заре создания термодинамики в работе Клаузиуса.
Изучим доводы, приведенные в оригинальной работе Клаузиуса, на основании которых затем сформулируем основные принципы обратимого преобразования работы в теплоту, дадим представления о термотрансформаторе и тепловом насосе.
Р ассмотрим три тела с температурами Т , Т1 ,Т0 (см.рис.2.5.1). Пусть Т >Т1> Т0 . Рабочее тело приводится в контакт с этими телами и совершает цикл, изображенный на рис.2.5.2.
Рис.2.5.1 Система трех тел. Рис.2.5.2 Цикл Клаузиуса.
Размеры тел велики и тепло-
обмен с рабочим телом не
изменяет их температуры.
Пусть рабочее тело сначала имеет температуру Т и находится в состоянии а (см.рис.2.5.2). После адиабатического расширения а - в температура падает до Т1. Приведем теперь рабочее тело в соприкосновение с телом К1 с температурой Т1 (точка в ). При изотермическом расширении в-с рабочее тело получает количество тепла Q1. Затем на участке c-d происходит адиабатическое расширение с понижением температуры до Т0. Рабочее тело приводится в соприкосновение с телом К0 с температурой Т0 , а затем изотермически сжимается при температуре Т0 (участок d-e) до тех пор, пока отдаваемое телом количество тепла Q2 телу К2 не станет равным Q1. Сжатие на участке d - e продолжается дольше, чем расширение на участке b-c, т.к. давление в среднем меньше, а нужно совершить такую же работу, как и при расширении b-c (Q2 = Q1 ). В точке e изотермическое сжатие останавливается, и затем совершается адиабатическое сжатие до тех пор, пока температура рабочего тела не повысится до Т (участок e- f). Состояние f и a находятся при одной температуре Т. Если привести рабочее тело в контакт с телом К при температуре Т, то можно провести изотермическое расширение из точки f до точки а. Рабочее тело при этом получает тепло Q от тела К. Цикл замыкается.
В рассмотренном процессе тепло Q , взятое от тела К, преобразовано в работу L , равную площади криволинейной фигуры a-b-c-d-e-f-a. Этот процесс обратим. При прохождении цикла в обратном направлении (против часовой стрелки) тело К получает тепло Q , а совершаемая работа равна площади цикла.
Таким образом, при обратимом преобразовании теплоты в работу часть тепла от более горячего тела отдается более холодному. При обратном преобразовании работы в теплоту часть тепла, взятого у холодного тела К0 отдается более горячему.