- •А.В. Космынин, в.С. Виноградов теплотехника
- •Введение
- •1. Основные понятия технической термодинамики
- •1.1. Материя и энергия
- •1.2. Физическое состояние вещества
- •1.3. Масса, сила тяжести и вес
- •1.4. Количество вещества, молярная масса и молярный объем
- •2. Основные параметры состояния
- •2.1. Плотность и удельный объем
- •2.2. Давление. Единицы давления
- •2.3. Избыточное и вакуумметрическое давление
- •2.4. Температура
- •2.6. Задачи для самостоятельного решения
- •3. Законы идеальных газов
- •3.1. Идеальные газы
- •3.2. Законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака и Шарля
- •3.3. Уравнение состояния идеальных газов
- •3.4. Закон Авагадро
- •3.5. Уравнение Менделеева
- •4. Смеси жидкостей, газов и паров
- •4.1. Чистые вещества и смеси
- •4.2. Состав смесей жидкостей, паров и газов
- •4.3. Газовые смеси. Закон Дальтона
- •4.4. Объемные доли газовой смеси
- •4.5. Примеры решения задач Пример 4.1
- •Пример 4.2
- •Пример 4.3.
- •4.6. Задачи для самостоятельного решения
- •5. Теплоемкость
- •5.1. Общие понятия и определения
- •5.2. Теплоемкости изохорная и изобарная
- •5.3. Нахождение истинных и средних теплоёмкостей
- •5.4. Теплоёмкость смесей
- •5.5. Примеры решения задач Пример 5.1
- •Пример 5.2
- •Пример 5.3
- •Пример 5.4
- •Пример 5.5
- •5.6. Задачи для самостоятельного решения
- •6. Первое начало термодинамики
- •6.1. Уравнение первого закона термодинамики
- •6.2. Внутренняя энергия. Закон Джоуля
- •6.4. Теплота. Функция состояния и процесса
- •6.5. Работа изменения давления. Энтальпия
- •7. Второе начало термодинамики
- •7.1. Формулировки второго начала термодинамики
- •7.2. Понятие об энтропии и ts-диаграмме
- •8. Термодинамические процессы газов
- •8.1. Обратимые процессы и их свойства
- •8.2. Основные термодинамические процессы
- •8.3. Изохорный процесс
- •8.4. Изобарный процесс
- •8.5. Изотермический процесс
- •8.6. Адиабатный процесс
- •8.7. Политропный процесс
- •8.8. Примеры решения задач
- •8.9. Задачи для самостоятельного решения
- •9. Термодинамические циклы
- •9.1. Прямые и обратные циклы
- •9.2. Цикл Карно и его термодинамическое значение
- •9.3. Регенеративный цикл
- •9.4. Основные процессы в одноступенчатом компрессоре
- •9.5. Работа и мощность на привод компрессора
- •9.6. Многоступенчатый компрессор
- •9.7. Детандеры
- •9.8. Циклы поршневых двигателей
- •9.9. Идеальные циклы двигателей внутреннего сгорания
- •9.10. Циклы газотурбинных установок
- •9.11. Цикл Стирлинга
- •9.12. Цикл воздушной холодильной машины. Тепловой насос
- •9.13. Примеры решения задач
- •9.14. Задачи для самостоятельного решения
- •10. Теплопередача
- •10.1. Основные положение теории переноса теплоты
- •10.2. Теплопроводность
- •10.3. Конвективный теплообмен
- •10.4. Теплообмен излучением
- •10.5. Закон Стефана-Больцмана
- •10.6. Дифференциальное уравнение энергии трехмерной нестационарной теплопроводности твердых тел
- •10.7. Теплопроводность при стационарном режиме
- •Плоская стенка
- •Цилиндрическая стенка
- •10.8. Теплопередача через твердую стенку
- •10.9. Понятие о теплообменных аппаратах
- •Влияние загрязнения стенки на передачу теплоты
- •10.10. Примеры решения задач Пример 10.1
- •11. Основы химической термодинамики
- •12. Топливо и основы горения
- •12.1. Общие сведения
- •12.2. Элементарный состав топлива
- •12.3. Характеристики топлива
- •12.4. Закон Гесса
- •12.5. Количество топлива, необходимое для горения
- •12.6. Состав и объем продуктов сгорания
- •12.7. Теплосодержание дымовых газов
- •13. Энергетика и пути ее развития
- •14. Энергосбережение
- •15. Проблемы экологической защиты окружающей среды
- •Варианты исходных данных
- •Контрольное задание
- •Вопросы к экзамену
- •Приложения Приложение 1 Удельные газовые постоянные некоторых газов и водяного пара
- •Приложение 2 истинные удельные теплоемкости некоторых газов и водяного пара
- •Приложение 3 Теплопроводность материалов
- •Литература
- •Содержание
- •10. Теплопередача 57
14. Энергосбережение
Если поставить задачу обеспечить развитие экономики страны только путем наращивания энергетического потенциала, то уже к 2010 г. потребуется условного топлива на 520...530 млн.т, а в 2030 г. – на 1,4 млрд.т больше, чем в начале 90-х гг. Задача развития энергетики такими темпами для страны непосильна.
Для того чтобы темпы развития энергетики были реальными, необходимо проводить активную энергосберегающую политику и, прежде всего, уменьшить потери энергоресурсов. А они в стране весьма велики. Коэффициент полезного использования энергоресурсов составляет в стране примерно 40 %, следовательно, 60 % составляют потери, из которых примерно 20 % могут быть отнесены к предотвратимым. Только в факелах сгорает 12...15 млн.т условного топлива, которые могли бы дать для страны 8 млн.кВт электроэнергии. Именно предотвратимые потери и необходимо всемерно сокращать.
Расчеты показывают, что энергоемкость национального дохода должна обязательно снижаться: так с 1983 по 2010 гг. энергоемкость должна снизиться в два раза. Задача очень трудная, и может быть решена только путем осуществления общегосударственных мероприятий, таких, как снижение в структуре отечественного хозяйства доли энергоемких отраслей за счет наращивания наукоемких.
Так, внедрение уже известных энергосберегающих технологий и оборудования дало бы экономию 750...800 млн.т условного топлива. Можно обеспечить значительную экономию энергии и в социально-бытовой сфере, если, например, усилить теплозащитную способность строящихся зданий.
В настоящее время разрабатывается новый строительный материал, который может сэкономить до 50 % теплоты, расходуемой на обогрев зданий. Стены здания, покрытые прозрачными панелями из этого материала, воспринимают теплоту лучей солнца, пропускаемых панелями, и не отдают теплоту наружу, так как панели являются хорошим теплоизоляционным материалом. Даже в холодное время года солнечная энергия подогревает эти здания.
Люминесцентные лампы потребляют примерно в восемь раз меньше электрической энергии по сравнению с лампами накаливания. Сбережение энергоресурсов является делом всенародным и должно активно проводиться в жизнь как во всех отраслях отечественного хозяйства, так и в быту.
15. Проблемы экологической защиты окружающей среды
Применительно к энергетике задачи экологической защиты окружающей среды особенно актуальны. Предприятия топливно-энергетического комплекса выбрасывают в атмосферу около 33 млн.т токсичных отходов. По сравнению с лучшими электростанциями мира наши выбрасывают на порядок больше твердых частиц, в три раза больше серы, в два – оксидов азота. Особенно вредны выбросы сернистых газов.
Совершенствование технологии и оборудования требует огромных средств. Получить экологически «чистую» энергетику бесплатно невозможно. Передовые промышленно развитые страны уже в настоящее время тратят на эти цели около 5 % совокупного общественного продукта.
Серьезные экономические проблемы возникают также в связи с необходимостью качественного захоронения на длительный («геологический») срок отходов атомной энергетики. Определенные перспективы в этом деле откроет применение быстрых реакторов. Многократное использование вторичного ядерного горючего в таких реакторах приводит к выгоранию в потоке быстрых нейтронов самых тяжелых изотопов, трансактинидов, испытывающих альфа-распад и спонтанное деление с очень большими периодами. При оптимальной организации использования быстрых реакторов уровень остаточной активности, получаемый в хранилище отходов, может быть достигнут через двести лет, в то время как у тепловых реакторов он составляет миллион лет.
Серьезные проблемы на планете возникают в связи с задачей сохранения запасов пресной воды, широко используемой в качестве теплоносителя в энергетических системах. Известно, что в настоящее время запасы пресной воды на земле составляют всего 2,8 % и только 0,3 % ее запасов доступны для использования человеком. Следовательно, задача экономии пресной воды при создании и эксплуатации различных энергетических систем, использующих воду, замены ее опресненной водой морей и океанов является крайне актуальной.
Все сказанное свидетельствует о том, что подходить к развитию энергетики только с позиций экономических в настоящее время недопустимо. Необходимо увязывать экономические аспекты с социальными и экологическими.
В целях улучшения экологической обстановки в стране предполагается осуществить комплекс мероприятий, который позволит с 1983 по 2010 гг. сократить вредные выбросы примерно в 1,5 раза.
Человек сможет назвать себя действительным хозяином планеты только тогда, когда он научится не истощать ее богатства, а приумножать их.
