Принцип работы тепловой машины

Принцип работы тепловой машины. КПД системы

Тепловой машинойназывается такое устройство, которое преобразует теплоту в работу. Первая тепловая машина была изобретена в конце XVIII века (паровая). Сейчас существуют двигатели внутреннего сгорания, дизельные и т.д.

Любая тепловая машина состоит из трех частей: теплоотдатчика, рабочего тела и теплоприемника. Теплоотдатчик имеет температуру Т1 и отдает некоторое количество теплоты Q1 рабочему телу. Рабочее тело (газ, пар, нагретая жидкость) совершает работу. Причем, не вся теплота Q1 превращается в работу, а только некоторая ее часть

А = Q1 – Q2 (4.8)

Другая часть теплоты Q2 передается телу с более низкой температурой (Т2) – теплоприемнику. Таким образом, сущность работы тепловой машины заключается не только в получении теплоты Q1 от теплоотдатчика и совершении работы А, но и передаче некоторого количества теплоты Q2 теплоприемнику, температура которого ниже чем температура теплоотдатчика (Т1 > Т2). Вечный двигатель второго рода состоит из первых двух частей, то есть, теплота Q1 полностью переходит в работу А, а это невозможно. Там, где нет перепада температур (Т1 = Т2), невозможно превратить теплоту в работу.

Чтобы получить математическое выражение второго начала термодинамики, рассматривают действие идеальной тепловой машины. Идеальной называют машину, которая работает без трения и потерь тепла. В ней рабочим телом является идеальный газ. Работа машины основана на принципе обратимого термодинамического цикла, называемого циклом Карно.

Цикл Карно состоит из четырех последовательно совершаемых процессов: изотермического расширения, адиабатического расширения, изотермического сжатия, адиабатического сжатия газа. Все процессы проводят обратимо, в результате чего газ возвращается в исходное положение.

В результате математических преобразований получают

(Q1 – Q2)/Q1 = (Т1 – Т2)/Т1 (4.9)

или h = А/Q1; h = (Т1 – Т2)/Т1 (4.10)

где h – коэффициент полезного действия (КПД) тепловой машины.

Коэффициентом полезного действия тепловой машины h называется отношение количества полученной работы А к количеству поглощенной теплоты Q1. На основании этого соотношения второму закону термодинамики можно дать следующую формулировку: коэффициент полезного действия тепловой машины не зависит от природы и вида тел, участвующих в процессе, а зависит только от разности температур теплообменника (Т1) и теплоприемника (Т2). Современные тепловые машины имеют КПД, не превышающие 33 - 35 %.

2.2.9 Принципы действия тепловых машин

Видеоурок: Принцип действия тепловых двигателей. КПДЛекция: Принципы действия тепловых машинТепловая машинаТепловая машина - это система, которая может превратить тепло в работу или же наоборот, совершает работу для получения тепла. Существует два основных вида тепловых машин:1. Системы, способные превращать тепло в работу. Такие системы называются тепловыми двигателями. Данные тепловые машины лежат в основе двигателей на автомобилях. Чтобы машина ехала, двигатель должен совершать работу. Для совершения данной работы происходит сгорание топлива.2. Системы, способные охлаждать тела, за счет совершения работы внешних сил. Такие системы называются холодильными машинами. В основе нашего домашнего холодильника лежит принцип холодильной машины. Любое тепло, которое подводится к ней, выводиться за пределы машины за счет совершения работы внешними силами.Любая тепловая машина состоит из тела, которое совершает работу, холодильника и нагревателя.Тепловые двигателиВ основе данной машины лежит принцип извлечения работы из беспрерывного движения структурных единиц вещества. Данное изобретение открыло двери в эру нового технического прогресса.Рабочим телом для данной машины является газ. Во время его нагревания поршень двигателя передвигается и тем самым совершает работу. Чтобы газ расширился, к нему подводят нагреватель.  Расширение будет происходить только в том случае, когда температура газа будет больше, чем температура окружающей среды.Во время сгорания топлива выделяется достаточная энергия, большая часть которой идет на совершение работы, поэтому Q1 = A1Теперь давайте разберемся, какую роль играет холодильник в тепловой машине. Для того, чтобы машина постоянно работала, необходимо, чтобы газ расширялся и сужался - в таком случае поршень будет периодически возвращаться в исходное положение. Поэтому холодильник охлаждает газ, передавая ему теплоту: Q2 = A2В данном случае полезная работа будет равна: A = A1 − A2 Чтобы работа охлаждения была меньше, её следует совершать при меньшем давлении, как показано на графике.Где Q1 - Q2 = А, А - полезная работа.Стоит отметить, что КПД всегда меньше единицы. Более того, зачастую нами используются тепловые двигатели, КПД которых меньше 50%.Холодильные машиныКак было сказано в предыдущих разделах, нельзя заставить некоторую систему самопроизвольно передавать тепло от менее нагретого тела к более нагретому. Однако ключевое слово здесь - самопроизвольно.  С помощью внешнего источника работы это все-таки возможно. Холодильная машина производит именно такие процессы.Холодильная машина также состоит из трех основных элементов. В виде рабочего тела выступает хладагент.  Холодильник позволяет забирать тепло Q2 и отдавать его хладагенту, который, в свою очередь, расширяется.С помощью хладагента данное тепло передается нагревателю в размере Q1. Это возможно только в тех случаях, когда газ сжимают при температуре выше, чем его расширяли. Это можно сделать только с помощью той работы А1, которую совершает внешний двигатель: Q1 = Q2 + A1Предыдущий урокСледующий урок

Тепловая машина: цикл, работа, КПД. Экологические проблемы тепловых машин. Какая она - идеальная тепловая машина?

Принцип работы тепловой машины. КПД системы - фото 1 - изображение 1

Потребность использования механической энергии на производстве привело к появлению тепловых машин.

Устройство тепловых машин

Тепловая машина (тепловой двигатель) - устройство для преобразования внутренней энергии в механическую.

Любая тепловая машина имеет нагреватель, рабочее тело (газ или пар), которое в результате нагрева выполняет работу (приводит во вращение вал турбины, двигает поршень и так далее) и холодильник. На рисунке ниже изображена схема теплового двигателя.

2.2.9 Принципы действия тепловых машин - фото 2 - изображение 2

Основы действия тепловых двигателей

Каждая тепловая машина функционирует благодаря двигателю. Для выполнения работы ему нужно, чтобы по ту и другую сторону поршня двигателя или лопастей турбины была разность давлений. Достигается эта разность во всех тепловых двигателях так: температура рабочего тела повышается на сотни или тысячи градусов в сравнении с температурой окружающей среды. В газовых турбинах и в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) происходит повышение температуры за счет того, что топливо сгорает внутри самого двигателя. Холодильником может выступать атмосфера или специального назначения устройства для конденсации и охлаждения отработанного пара.

Цикл Карно

Цикл (круговой процесс) - совокупность изменений состояния газа, в результате которых он возвращается в исходное состояние (может выполнять работу). В 1824 году французский физик Сади Карно показал, что выгодным является цикл тепловой машины (цикл Карно), который состоит из двух процессов - изотермического и адиабатного. На рисунке ниже изображен график цикла Карно: 1-2 и 3-4 - изотермы, 2-3 и 4-1 - адиабаты.

Тепловая машина: цикл, работа, КПД. Экологические проблемы тепловых машин. Какая она - идеальная тепловая машина? - фото 3 - изображение 3

В соответствии с законом сохранения энергии работа тепловых машин, которую выполняет двигатель, равна:

А = Q1– Q2,

где Q1 - количество теплоты, которое получено от нагревателя, а Q2 - количество теплоты, которое предано холодильнику. КПД тепловой машины называется отношение работы А, которую выполняет двигатель, к количеству теплоты, которое получено от нагревателя:

η = А/Q =(Q1– Q2)/Q1 = 1 - Q2/Q1.

Устройство тепловых машин - изображение 4 - изображение 4

В работе «Мысли о движущей силе огня и о машинах, которые способны развивать эту силу» (1824) Карно описал тепловую машину под названием "идеальная тепловая машина с идеальным газом, который представляет собой рабочее тело". Благодаря законам термодинамики можно вычислить КПД (максимально возможный) теплового двигателя с нагревателем, который имеет температуру Т1, и холодильником с температурой Т2. Тепловая машина Карно имеет КПД:

ηmax = (T1 – T2)/T1 = 1 – T2/T1.

Сади Карно доказал, что какая угодно тепловая машина реальная, которая работает с нагревателем с температурой Т1 и холодильником с температурой Т2 не способна иметь КПД, который бы превышал КПД тепловой машины (идеальной).

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

Четырехтактный ДВС состоит из одного или нескольких цилиндров, поршня, кривошипно-шатунного механизма, впускного и выпускного клапанов, свечи.

Основы действия тепловых двигателей - фото 5 - изображение 5

Рабочий цикл состоит из четырех тактов:

1) засасывания - горючая смесь попадает через клапан в цилиндр; 2) сжатия - оба клапана закрыты; 3) рабочий ход - взрывное сгорание горючей смеси; 4) выхлоп - выпуск отработанных газов в атмосферу.

Паровая турбина

В паровой турбине преобразование энергии происходит за счет разницы давлений водяного пара на входе и выходе. Мощности современных паровых турбин достигают 1300 МВт.

Некоторые технические параметры паровой турбины мощностью 1200 МВт

  • Давление пара (свежего) - 23,5 МПа.
  • Температура пара - 540 °С.
  • Расход пара турбиной - 3600 т/ч.
  • Частота вращения ротора - 3000 об/мин.
  • Давление пара в конденсаторе - 3,6 кПа.
  • Длина турбины - 47,9 м.
  • Масса турбины - 1900 т.

Цикл Карно - фото 6 - изображение 6

Тепловая машина состоит из воздушного компрессора, камеры сгорания и газовой турбины. Принцип работы: воздух адиабатно засасывается в компрессор, поэтому его температура повышается до 200 °С и более. Далее сжатый воздух попадает в камеру сгорания, куда одновременно под большим давлением поступает жидкое топливо - керосин, фотоген, мазут. При сгорании топлива воздух нагревается до температуры 1500-2000 °С, расширяется, и скорость его движения растет. Воздух движется с большой скоростью, и продукты сгорания направляются в турбину. После перехода от ступени к ступени продукты сгорания отдают лопастям турбины свою кинетическую энергию. Часть энергии, полученной турбиной, идет на вращение компрессора; оставшаяся часть расходуется на вращение ротора электрогенератора, винта самолета или морского судна, колес автомобиля.

Газовую турбину можно использовать, кроме вращения колес автомобиля и винтов самолета или теплохода, в качестве реактивного двигателя. Воздух и продукты сгорания с большой скоростью выбрасываются из газовой турбины, поэтому реактивная тяга, которая возникает при этом процессе, может использоваться для хода воздушных (самолет) и водных (теплоход) судов, железнодорожного транспорта. Например, турбовинтовые двигатели имеют самолеты Ан-24, Ан-124 («Руслан»), Ан-225 («Мечта»). Так, «Мечта» при скорости полета 700-850 км/ч способна перевозить 250 тонн груза на расстояние почти 15 000 км. Это крупнейший транспортный самолет в мире.

Экологические проблемы тепловых машин

Большое влияние на климат имеет состояние атмосферы, в частности наличие углекислого газа и водяного пара. Так, изменение содержания углекислого газа приводит к усилению или ослаблению парникового эффекта, при котором углекислый газ частично поглощает тепло, которое Земля излучает в космос, задерживает его в атмосфере и повышает тем самым температуру поверхности и нижних слоев атмосферы. Явление парникового эффекта играет решающую роль в смягчении климата. При его отсутствии средняя температура планеты была бы не +15 °С, а ниже на 30-40 °С.

Сейчас в мире существует более 300 млн различного вида автомобилей, которые создают более половины всех загрязнений атмосферы.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) - фото 7 - изображение 7

За 1 год в атмосферу из тепловых электростанций в результате сжигания топлива выделяется 150 млн тонн оксидов серы, 50 млн тонн оксида азота, 50 млн тонн золы, 200 млн тонн оксида углерода, 3 млн тонн феона.

В состав атмосферы входит озон, который защищает все живое на земле от губительного воздействия ультрафиолетовых лучей. В 1982 году Дж. Фарманом, английским исследователем, над Антарктидой была открыта озоновая дыра - временное снижение содержания озона в атмосфере. В момент максимального развития озоновой дыры 7 октября 1987 количество озона в ней уменьшилось в 2 раза. Озоновая дыра, вероятно, возникла в результате антропогенных факторов, в том числе использования в промышленности хлорсодержащих хладонов (фреонов), которые разрушают озоновый слой. Однако исследования 1990 гг. не подтвердили эту точку зрения. Скорее всего, появление озоновой дыры не связано с деятельностью человека и является естественным процессом. В 1992 году и над Арктикой была открыта озоновая дыра.

Если весь атмосферный озон собрать в слой у поверхности Земли и сгустить его к плотности воздуха при нормальном атмосферном давлении и температуре 0 °С, то толщина озонового щита будет всего лишь 2-3 мм! Вот и весь щит.

Немного из истории...

  • Июль 1769 года. В парижском парке Медоне военный инженер Н. Ж. Кюньйо на «огненной телеге», которая была оснащена двухцилиндровым паровым двигателем, проехал несколько десятков метров.
  • 1885 год. Карл Бенц, немецкий инженер, построил первый бензиновый четырехтактный трехколесный автомобиль Motorwagen мощностью 0,66 кВт, на который 29 января 1886 года получил патент. Скорость машины достигала 15-18 км/ч.
  • 1891 год. Готлиб Даймлер, немецкий изобретатель, изготовил грузовую тележку с двигателем мощностью 2,9 кВт (4 лошадиные силы) от легкового автомобиля. Максимальная скорость автомобиля достигала 10 км/ч, грузоподъемность в различных моделях составляла от 2 до 5 тонн.
  • 1899 год. Бельгиец К. Женатци на своем автомобиле «Жаме Контант» («Всегда недовольная») впервые преодолел 100-километровый рубеж скорости.

Паровая турбина - фото 8 - изображение 8

Примеры решения задач

Задача 1. Температуру нагревателя идеальная тепловая машина имеет равную 2000 К, а температуру холодильника - 100 °С. Определить КПД.

Решение: Формула, которая определяет КПД тепловой машины (максимальный):

ŋ = Т1-Т2/Т1. ŋ = (2000К - 373К) / 2000 К = 0,81.

Ответ: КПД двигателя - 81 %.

Задача 2. В тепловом двигателе при сгорании топлива было получено 200 кДж теплоты, а холодильнику передано 120 кДж теплоты. Каков КПД двигателя?

Решение: Формула для определения КПД имеет такой вид:

ŋ = Q1 - Q2 / Q1. ŋ = (2·105 Дж - 1,2·105 Дж) / 2·105 Дж = 0,4.

Ответ: КПД теплового двигателя - 40 %.

Задача 3. Каков КПД тепловой машины, если рабочее тело после получения от нагревателя количества теплоты 1,6 МДж выполнило работу 400 кДж? Какое количество теплоты было передано холодильнику?

Решение: КПД можно определить по формуле

ŋ = А / Q1.

ŋ = 0,4·106 Дж / 1,6·106 Дж = 0,25.

Переданное холодильнику количество теплоты можно определить по формуле

Q1 - А = Q2. Q2 = 1,6·106 Дж - 0,4·106 Дж = 1,2·106 Дж. Ответ: тепловая машина имеет КПД 25 %; переданное холодильнику количество теплоты - 1,2·106 Дж.

Принцип действия тепловой машины

Некоторые технические параметры паровой турбины мощностью 1200 МВт - изображение 9 - изображение 9

Экологические проблемы тепловых машин - изображение 10 - изображение 10

Тепловой машиной называют устройство, преобразующее теп­ловую энергию в механическую. Для этого используют рабочее тело - вещество, способное воспринимать тепло и совершать работу. В качестве него может быть использован идеальный газ, водяной пар и т.д. С рабочим телом в тепловой машине осуществляют круговой процесс или цикл, при которой система посла ряда изменений возвращается в исходное состояние (Рис.10.2). Работа цикла:

Немного из истории... - изображение 11 - изображение 11

. Для этого на участке 1-2 рабочее тело нагревается, подводится тепло от нагревателя

Примеры решения задач - фотография 12 - изображение 12

, а на участке 2-1 - охлаждается, отдает холодильнику тепло

Принцип действия тепловой машины - фотография 13 - изображение 13

. Тогда по первому началу термодинамики:

Тепловой двигатель. Принцип действия тепловых двигателей. - изображение 14 - изображение 14

откуда получаем:

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТЕПЛОВЫХ МАШИН. ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ. КПД ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. - фото 15 - изображение 15

(10.3)

Коэффициент полезного действия (к. п. д.)

реферат Принципы действия тепловых двигателей - фотография 16 - изображение 16

равен

Принцип действия тепловых машин. Тепловые двигатели. Коэффициент полезного действия тепловых двигателей. - фото 17 - изображение 17

.

Тепловые двигатели: принцип действия, устройство, схема - фотография 18 - изображение 18

(10.4)

Особенности теплового двигателя - изображение 19 - изображение 19

Найдем максимальный к. п. д. тепловой машины. Из формул (10.1), (10.2) и (10.4) следует, что для полу­чения

Алгоритм действия - фото 20 - изображение 20

или цикл должая быть составлен ив обра­тимых процессов. Такой цикл будет включать два изотермических (1-2, 3-4) и два адиабатических процесса (2-3, 4-1) (цикл Карно, 1824 г.), он изображен на Рис. 10.3. Найдем его к. п. д.

Изменения температур - фотография 21 - изображение 21

Используя уравнений адиабаты

Некоторые факты - изображение 22 - изображение 22

, находим для процессов

2-3, 4-1:

КПД тепловых машин - изображение 23 - изображение 23

откуда:

Изобретение тепловой машины - фотография 24 - изображение 24

. Тогда

Двигатель внутреннего сгорания - изображение 25 - изображение 25

Заключение - фотография 26 - изображение 26

(10.5)

Таким образом,

Виды тепловых двигателей - изображение 27 - изображение 27

тепловой машины не зависит от рабоче­го тела и тем выше, чем нижа температура холодильника.

Тепловой двигатель. Принцип действия тепловых двигателей.

Тепловые энергоустановки что это такое - изображение 28 - изображение 28

Тепловой двигатель — это устройство, преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую энергию.

Согласно механическую работу за счет охлаждения окружающих тел, если он не только получает теплоту от более горячего те­ла (нагревателя), но при этом отдает теплоту менее нагретому телу (холодильнику). Следовательно, на совершение работы идет не все количество теплоты, полученное от нагревателя, а только часть ее.

Таким образом, основными элементами любого теплового двигателя являются:

1) рабочее тело (газ или пар), совершающее работу;

2) нагреватель, сообщающий энергию рабочему телу;

3) холодильник, поглощающий часть энергии от рабочего те­ла.

 

Основными типами тепловых насосов являются - фотография 29 - изображение 29

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТЕПЛОВЫХ МАШИН. ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ. КПД ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ.

Тепловые двигатели внешнего сгорания - фотография 30 - изображение 30

Тепловой двигатель – устройство, преобразующее внутреннюю энергию сгоревшего топлива в механическую энергию. Виды тепловых двигателей: 1) двигатели внутреннего сгорания: а) дизельные, б) карбюраторные; 2) паровые двигатели; 3) турбины: а) газовые, б) паровые.

Все названые тепловые двигатели имеют разную конструкцию, но состоят из трех основных частей: нагревателя, рабочего тела и холодильника. Нагреватель обеспечивает поступление теплоты в двигатель. Рабочее тело превращает часть полученной теплоты в механическую работу. Холодильник забирает от рабочего тела часть теплоты.

T1

T2

Q1

Q2

холодильнику;

A'

Цикл – это такая последовательность термодинамических процессов, в результате которых система возвращается в начальное состояние.

Коэффициент полезного действия (КПД) тепловой машины – это отношение совершенной двигателем работы к количеству теплоты, полученному от нагревателя:

Приемка тепловых установок из ремонта - фотография 31 - изображение 31

идеальную тепловую машину с идеальным газом в качестве рабочего тела. Он нашел оптимальный идеальный цикл теплового двигателя, состоящий из двух изотермических и двух адиабатических обратимых процессов – цикл Карно. КПД такой тепловой машины с нагревателем при температуре

История - фотография 32 - изображение 32

и холодильником при температуре

Подписи к слайдам - изображение 33 - изображение 33

:

Определение теплового насоса - изображение 34 - изображение 34

. Независимо от конструкции, выбора рабочего тела и типа процессов в тепловом двигателе его КПД не может быть больше КПД теплового двигателя, работающего по циклу Карно, и имеющего те же, что и у данного теплового двигателя, температуру нагревателя и холодильника.

второго начала термодинамики: невозможен такой процесс, при котором теплота самопроизвольно переходила бы от более холодных тел к более горячим телам.

M
m0 кг
m кг
M
ν моль
N
p Па
n
V
Дж
t °C
T К
σ
ρ
φ %
U Дж
А Дж
Q Дж

-27

m0c-26

NA=6,02∙1023моль-1

k=1,38∙10-23

R=8,31

2016-11-184331

реферат Принципы действия тепловых двигателей

Виды ремонтов теловых установок. - изображение 35 - изображение 35

Принцип действия тепловых машин. Тепловые двигатели. Коэффициент полезного действия тепловых двигателей.

Принцип работы тепловой машины - изображение 36 - изображение 36

Под действием сил трения и сопротивления механическая энергия переходит во внутреннюю. А возможен ли обрат­ный переход, при котором внутренняя энергия превращалась бы в механическую или позволяла бы совершать меха­ническую работу? Оказывается, возможен. Для этого ис­пользуются так называемые тепловые машины (двигатели), совершающие механическую работу за счет внутренней энергии системы. Тепловые двигатели позволяют использовать огромные запасы внутренней энергии различных энергоносителей (топли­ва) для нужд цивилизации.

Любая тепловая машина состоит из трех основных частей: нагревателя 1, рабочего тела 2 (газ или пар) и холодильника 3. Нагреватель (теплоотдатчик) передает рабочему телу тепловой машины энергию в виде тепла. Холодильник (теплоприемник) забирает от рабочего тела неизрасходованную часть тепловой энергии. Чаще всего в качестве холодильника используется окружающая среда. Система, которая обме­нивается энергией (теплотой) с внешней средой или другими системами и совершает рабо­ту, называется рабочим телом (веществом).

Работа любой тепловой машины состоит из повторяющихся циклических или круговых процессов (циклов). Циклическим или круговым процессом называется такая последовательность термодинамических процессов, в результате которых система возвращается в начальное состояние.

Каждый цикл включает в себя:

1) получение рабочим телом энергии от нагревателя;

2) расширение рабочего тела и совершение им работы;

3) передачу неиспользованной части энергии холодильнику и возвращение в исходное состояние.

Рассмотренный круговой процесс представляет собой схему работы любой тепловой машины, преобразующей тепло в работу. Газ получает от нагревателя количество теплоты

ΔQ1 часть его ΔQ2 отдает холодильнику. Так как рабочее тело вернулось в исходное состояние, то его внутренняя энергия не изменилась. Согласно первому началу термодинамики разность полученного и отданного количества теплоты (ΔQ = ΔQ1 — ΔQ2) и есть совершенная работа (ΔQ = A).

Коэффициент полезного действия (КПД)тепловой машины определяют как отношение совершенной машиной работы А к количеству тепла ΔQ1, полученному от нагревателя:

Принцип работы тепловой машины - фото 37 - изображение 37

КПД характеризует степень преобразования внутренней энергии в механическую в данном тепловом двигателе. Другими словами, это эффективность работы тепловой машины, выра­женная количественно.

С изучением вопроса о максимальном КПД тепловых машин исторически связано открытие второго начала тер­модинамики, которое определяет принцип действия тепло­вых машин. В 1850 г. немецкий физик Рудольф Клаузиус дал следующую формулировку второго начала термо­динамики:

невозможен такой процесс, при котором теплота самопро­извольно переходила бы от более холодных тел к более горячим телам.

В 1851 г. Томсон предложил свою формулировку второго начала термодинамики:

невозможно построить такую циклически действующую тепловую машину, вся деятельность которой сводилась бы толь­ко к совершению механической работы и соответствующему охлаждению нагревателя.

Формулировки Клаузиуса и Томсона эквивалентны, т. е. сле­дуют одна из другой. В настоящее время второе начало термоди­намики формулируют следующим образом:

в природе невозможен такой циклический процесс, единст­венным результатом которого было бы превращение теплоты, получаемой системой от нагревателя или окружающей среды, в работу.

Подчеркнем, что речь идет о невозможности циклического обратимого процесса, т. е. нециклический процесс, в ходе которо­го все количество подведенной извне теплоты преобразуется в работу, в природе существовать может. Для примера вспом­ним изотермическое расширение идеального газа, при котором вся подводимая теплота переходит в работу газа. Однако, как только необходимо будет повторить этот процесс вновь, потребу­ется вернуть газ в начальное состояние. Для того чтобы газ сжать, нужно либо совершить работу над ним, либо его просто охладить. И если первое условие нас не удовлетворяет, ибо необходимо создать машину, которая сама совершает работу, то второй способ подходит вполне. Но охлаждение газа не может произойти само по себе. Лишнюю теплоту нужно передать какой-либо системе. А это означает, что система, получив тепло­ту, или нагреется, или сама совершит работу, или произойдет одновременно и то, и другое. В любом случае состояние системы изменится. О чем, собственно, и идет речь во втором начале термодинамики.

Поскольку всю полученную теплоту рабочее тело не может преобразовать в работу, то какое-то количество теплоты оно будет «терять», т. е. отдавать холодильнику. Это означает, что КПД тепловой машины никогда не может быть равным единице. Таким образом, второе начало термодинамики ставит непреодо­лимое препятствие перед любым желающим сконструировать вечный двигатель второго рода, в котором должен быть достиг­нут КПД, равный единице, т. е. все подводимое тепло переходи­ло бы в работу. Отметим, что нарушения первого начала термо­динамики при этом не наступало бы — такие вечные двигатели «разрешены» первым началом термодинамики.

Итак, краткая формулировка второго начала термодина­мики:

нельзя построить вечный двигатель второго рода.

Билет 21

Тепловые двигатели: принцип действия, устройство, схема

Принцип работы тепловой машины - фотография 38 - изображение 38

Рассмотрим тепловые двигатели, принцип действия этих механизмов. В земной коре и мировом океане запасы внутренней энергии можно считать неограниченными. Для того чтобы решать практические задачи, ее явно недостаточно. Устройство и принцип действия теплового двигателя необходимо знать для того, чтобы приводить в движение токарные станки, транспортные средства. Человек нуждается в таких устройствах, которые могут совершать полезную работу.

Принцип работы тепловой машины - фотография 39 - изображение 39

Тепловые двигатели, принцип действия которых мы рассмотрим, являются основными на нашей планете. Именно в них происходит превращение внутренней энергии в механический вид.

Особенности теплового двигателя

Каков принцип действия теплового двигателя? Кратко его можно представить на простом опыте. Если в пробирку налить воду, закрыть пробкой, довести до кипения, она вылетит. Причина выскакивания пробки заключается в совершении паром внутренней работы. Процесс сопровождается превращением внутренней энергии пара в кинетическую величину для пробки. Тепловые двигатели, принцип действия которых аналогичен описанному эксперименту, отличаются строением. Вместо пробирки используется металлический цилиндр. Пробка заменена поршнем, плотно прилегающим к стенкам, перемещающимся вдоль цилиндра.

Алгоритм действия

Каков принцип действия теплового двигателя? 10 класс рассматривает данный вопрос на уроках физики. Тепловыми машинами ребята называют механизмы, где наблюдается превращение внутренней энергии топлива в механический вид.

Принцип работы тепловой машины - фотография 40 - изображение 40

Для совершения двигателем полезной работы, должна быть создана разность давлений с обеих сторон поршня либо лопастей мощной турбины. Для достижения такой разности давлений происходит повышение температуры рабочего тела на тысячи градусов в сравнении с ее средним показателем в окружающей среде. Происходит подобное повышение температуры в процессе сгорания топлива.

Изменения температур

У всех современных тепловых машин выделяют рабочее тело. Им принято называть газ, совершающий в процессе расширения полезную работу. Начальную температуру, обозначаемую Т1, он приобретает в паровом котле машины или турбины. Называют этот показатель температурой нагревателя. В процессе совершения работы происходит постепенная потеря газом энергии. Это приводит к неизбежному охлаждению рабочего тела до некоторого показателя Т2. Значение температуры должно быть ниже показателя окружающей среды, иначе давление газа будет иметь меньший показатель, чем атмосферное давление, и работа двигателем не будет совершена.

Принцип работы тепловой машины - фотография 41 - изображение 41

Показатель Т2 называют температурой холодильника. В его качестве выступает атмосфера либо специальное устройство, необходимое для конденсации и охлаждения отработанного пара.

Некоторые факты

Итак, тепловые двигатели, принцип действия которых основывается на расширении рабочего тела, не способны отдавать для совершения работы всю внутреннюю энергию. В любом случае часть тепла будет передаваться атмосфере (холодильнику) вместе с отработанным паром либо выхлопными газами турбин или двигателей внутреннего сгорания.

КПД тепловых машин

Каков принцип действия тепловой машины? КПД теплового двигателя зависит от величины полезной работы, совершаемой газом. С учетом того, что невозможно полностью превратить внутреннюю энергию в работу теплового двигателя, можно объяснить необратимость природных процессов и явлений. В том случае, если бы наблюдалось самопроизвольное возвращение теплоты к нагревателю от холодильника, внутренняя энергия в полном объеме превращалась бы в полезную работу посредством теплового двигателя.

Принцип работы тепловой машины - фото 42 - изображение 42

Коэффициентом полезного действия называют отношение полезной работы, совершаемой тепловым двигателем, к тому количеству тепла, которое передано холодильнику. В физике принято выражать данную величину в процентах. Таков принцип действия теплового двигателя. Схема его понятна и проста, доступна даже ученикам средней школы. Законы термодинамики дают возможность проводить вычисления максимального значения коэффициента полезного действия.

Изобретение тепловой машины

Первым изобретателем машины, использующей тепло, стал Сади Карно. Он разработал идеальную машину, в которой рабочим телом выступал идеальный газ. Кроме того, ученому удалось определить показатель КПД для такого устройства, используя значения температуры холодильника и нагревателя.

Принцип работы тепловой машины - изображение 43 - изображение 43

Карно удалось определить зависимость между реальной тепловой машиной, функционирующей на основе нагревателя, и холодильником, в качестве которого выступает воздух или конденсатор. Благодаря математической формуле, предложенной Карно для его первой идеальной тепловой машины, определяется максимальное значение КПД. Между температурой нагревателя и холодильника существует прямая связь.

Для того чтобы машина полноценно функционировала, значение температуры не должно быть меньше ее показателя в окружающем воздухе. При желании можно повышать температуру нагревателя, не забывая о том, что у каждого твердого тела есть определенная жаропрочность. По мере нагревания оно теряет свою упругость, а при достижении температуры плавления просто плавится.

Принцип работы тепловой машины - фото 44 - изображение 44

Благодаря инновациям, которые достигнуты в современной инженерной промышленности, происходит постепенное повышение КПД теплового двигателя. Например, снижается трение между его отдельными частями, устраняются потери, возникающие из-за неполного сгорания топлива.

Двигатель внутреннего сгорания

Он представляет собой тепловую машину, где в виде рабочего тела применяют высокотемпературные газы, получаемые в процессе сгорания разного вида топлива внутри камеры. Выделяют четыре такта в работе автомобильного двигателя. Среди составных его частей назовем впускной и выпускной клапаны, камеру сгорания, поршень, цилиндр, свечу, шатун, а также маховик.

Заключение

В настоящее время используют различные виды автомобильных двигателей: дизельный, карбюраторный. Несмотря на отличия в применяемом топливе, они имеют сходный принцип действия. За счет тепловой энергии, вырабатываемой в процессе сгорания бензина, происходит превращение тепловой энергии в другой вид.

Принцип работы тепловой машины - фото 45 - изображение 45

На первом этапе наблюдается плавное передвижение клапана вниз, процесс происходит благодаря заполнению камеры рабочей смесью. В конце первого такта впускной клапан закрывается. Далее поршень передвигается вверх, при этом происходит сжатие рабочей смеси. Появление искры в свече приводит к воспламенению горючей смеси. Давление, которое оказывают пары воздуха и бензина на поршень, приводят к его самопроизвольному движению вниз, поэтому такт называют «рабочим ходом». В движение приводится коленчатый вал. На четвертом этапе открывается выпускной клапан, происходит выталкивание в атмосферу отработанных газов.

Виды тепловых двигателей

Принцип работы тепловой машины - фотография 46 - изображение 46

К преимуществам тепловых насосов в первую очередь следует отнести экономичность: для передачи в систему отопления 1 кВт·ч тепловой энергии установке необходимо затратить всего 0,2-0,35 кВт·ч электроэнергии. Так как преобразование тепловой энергии в электрическую на крупных электростанциях происходит с кпд до 50 %, эффективность использования топлива при применении тепловых насосов повышается — тригенерация. Упрощаются требования к системам вентиляции помещений и повышается уровень пожарной безопасности. Все системы функционируют с использованием замкнутых контуров и практически не требуют эксплуатационных затрат, кроме стоимости электроэнергии, необходимой для работы оборудования.

Ещё одним преимуществом тепловых насосов является возможность переключения с режима отопления зимой на режим кондиционирования летом: просто вместо радиаторов к внешнему коллектору подключаются фэн-койлы или системы «холодный потолок».

Тепловой насос надёжен, его работой управляет автоматика. В процессе эксплуатации система не нуждается в специальном обслуживании, возможные манипуляции не требуют особых навыков и описаны в инструкции.

Важной особенностью системы является её сугубо индивидуальный характер для каждого потребителя, который заключается в оптимальном выборе стабильного источника низкопотенциальной энергии, расчете коэффициента преобразования, окупаемости и прочего.

Теплонасос компактен (его модуль по размерам не превышает обычный холодильник) и практически бесшумен.

Хотя идея, высказанная лордом Кельвином в 1852 году, была реализована уже спустя четыре года, практическое применение теплонасосы получили только в 1930-х годах. К 2012 году в Японии, эксплуатируется более 3,5 миллионов установок, в Швеции около 500 000 домов обогревается тепловыми насосами различных типов.

К недостаткам геотермальных тепловых насосов, используемых для отопления, следует отнести большую стоимость установленного оборудования, необходимость сложного и дорогого монтажа внешних подземных или подводных теплообменных контуров. Недостатком воздушных тепловых насосов является более низкий коэффициент преобразования тепла, связанный с низкой температурой кипения хладагента во внешнем «воздушном» испарителе. Общим недостатком тепловых насосов является сравнительно низкая температура нагреваемой воды, в большинстве не более +50 °С ÷ +60 °С, причём, чем выше температура нагреваемой воды, тем меньше эффективность и надёжность теплового насоса.

Тепловые энергоустановки что это такое

На сегодняшний день энергетические станции используются для различных целей.

К примеру, специальные энергоустановки, которые работают при помощи тепловой энергии – не самые применяемые в этой сфере, однако они обладают большим количеством преимуществ эксплуатации.

Подобное оборудование генерирует, передаёт и преобразовывает электроэнергию, донося её к потребителю.

Несмотря на такой функционал, оборудование требует тщательной диагностики и обслуживания. Это предусматривает стандартные методы технической безопасности, организации управления и серьёзные ремонтные работы.

Общее представление об оборудовании

Конструкция энергоустановки представлена совокупностью систем и узловых агрегатов, работающих на добычу электроэнергии посредством переработки тепловой энергии в механическую.

Основной механизм на подобных станциях – валовой электрический генератор. Помимо подвижного вала в конструкцию включается камера сгорания, из которой в итоге выделяется тепло.

Немаловажным замечанием будет то, что данный способ подразумевает выброс газообразных веществ и пара.

Зачастую это касается станций, которые питаются посредством гидрологических комплексов. В таких коммуникациях повышается паровое давление, после чего пар двигает ротор турбины энергоустановки.

Таким образом, вся энергия поступает на вал двигателя и генерирует электрический ток.

Стоит заметить, что при этом теряется не вся тепловая энергия, а может использоваться, к примеру, для отопления.

Принципы работы тепловых энергоустановок

Одним из главных рабочих моментов выступает напряжение, благодаря которому питается станция. Зачастую комплексы оснащаются энергетическим потенциалом до тысячи вольт. В основном подобные станции локально применяются для снабжения промышленных сооружений.

Ко второму типу принадлежат комплексы, потенциал которых свыше тысячи вольт и используются для обеспечения энергией отдельно взятых районов, а иногда и городов. Их задачей является преобразовывать и распределять энергию.

Не маловажным фактором служит мощность, которая колеблется от трёх до шести ГВт. Эти цифры зависят от вида применяемого топлива для сжигания в камере сгорания. Сегодня разрешено применять дизельное топливо, мазут, твёрдое топливо и газ.

Постройка тепловых сетей

В какой-то мере энергоустановки звенья в огромной цепи теплосети.

Однако стоит заметить, что в отличие от аналогичных сетей с использованием высоковольтных линий, здесь применяются тепловые магистрали.

Служат они для обеспечения горячего водоснабжения станциям.

Подобные магистрали подразумевают использование подходящих по типу и размеру запорных арматур, оснащенных задвижками и методами контроля теплового носителя.

Помимо этого на практике применяется использование паропроводов, входящих в инфраструктуру тепловых магистралей. Однако, в подобных случаях для обеспечения корректной работы станции необходимо устанавливать системы вывода конденсата.

Автоматические системы контроля

В современном мире механическая работа постепенно заменяется средствами автоматизации контроля. При помощи специального контроллера сотрудник следит за корректным рабочим процессом блоков станции, не отвлекаясь при этом от функций диспетчера.

Таким образом, эксплуатация тепловых блоков контролируется специальными датчиками, а система записывает данные и передаёт их на пульт. После сбора информации с датчиков система анализирует и корректирует рабочие параметры энергоустановок.

Правила обслуживания энергоустановок

Наиболее важным моментом в отличной работе станции является поддержка коммуникаций в должном состоянии.

Инженеры тестируют работоспособность отдельно взятых компонентов установки, после чего проводится комплексная диагностика системы.

Специалисты тестируют электронные и механические составляющие корпуса.

Существуют плановые и периодические проверки на дефекты, разрушение и структурность

При этом не нарушается работа и не деформируется материалы корпуса, что немаловажно для энергетического корпуса

После выявления и устранения очагов неполадок контроль осуществляют датчики и аналитическая система под надзором оператора.

Итоги

Использование подобных систем предполагает собой достижение максимальной продуктивности в области энергообеспечения.

Достигается это посредством повышения квалификации работников, улучшения и автоматизации рабочего процесса, а также установку современного оборудования.

Однако, ввиду больших затрат руководство старается придерживаться стандартных комплектаций и методов контроля в управлении энергоустановками.

Основными типами тепловых насосов являются

вода-вода, воздух-воздух, грунт-вода, воздух-вода, вода-воздух, грунт-воздух.

Как видим, к естественным источникам низкопотенциального тепла может выступать — теплота грунта, подземных вод и наружного воздуха, а непосредственно циркулирующем теплоносителем в системе может быть вода (рассол) так же воздух.

Грунт как источник тепла

Температура грунта от глубины 5-6 метров практически соизмерима с среднегодовой температуры наружного воздуха. Благодаря тому, что температура почвы стабильная все 12 месяцев в году, возникает необходимая разница температур для наиболее продуктивной работы ТН зимой — на отопление, и летом – на охлаждение. Необходимая энергия грунта отбирается грунтовым коллектором, расположенным в грунте, и аккумулируется в самом теплоносителе, далее теплоноситель поступает в испаритель ТН и круг циркуляции повторяется, за следующим отбором теплоты. В качестве такого теплоносителя используется незамерзающая жидкость.

Принцип работы тепловой машины - фотография 47 - изображение 47

Обычно для применения смешивают воду с пропиленгликолем так-же возможно и с этиленгликолем. Типы тепловых насосов «грунт-вода» или «грунт-воздух» подразделяются на вертикальные и горизонтальные в зависимости от размещения грунтового контура в земле. Если системы выполнены правильно, они надежны и имеют большой срок эксплуатации. Также эффективность вертикальных и горизонтальных ТН остается высокой не зависимо от времени года.

Принцип работы тепловой машины - изображение 48 - изображение 48

Принцип работы тепловой машины - фотография 49 - изображение 49

Горизонтальй грунтовй зонд Вертикальй грунтовй зонд
Недостатки вертикальных грунтовых зондов:

— необходимость большой технологической площади;- возникновение воздушных мешков в скважине из-за неквалифицированной укладки, которые в разы ухудшают теплосъем с грунта;- невозможность реконструкции.

Недостатки горизонтальных грунтовых зондов:

— требуют высокие эксплуатационные затраты;- невозможность использования пассивного охлаждения;- объемные земляные работы;- техническая возможность монтажа сооружений ограничена дополнительными требованиями.

Вода как источник тепла

Использование этого вида теплоты довольно разнообразное. ТН «вода-вода» и «вода-воздух» позволяют использовать подземные воды, такие как артезианские, термальные, грунтовые воды. Также широко применяется в качестве источника тепла — водоемы, озера, сточные воды и др. Чем ниже расположена труба в толще воды, с помощью которой передается тепло, тем стабильней, надежней и производительнее работа ТН.

Принцип работы тепловой машины - фото 50 - изображение 50

Преимущества тепловых насосов вода-вода, вода-воздух:

— отличный коэффициент преобразования СОР, из-за стабильной температуры источника (температура подземных вод круглый год около 6-7 °С);- системы занимают небольшие технологические площади;- срок эксплуатации за 30-40 лет;- минимальные эксплуатационные затраты;- возможность применения больших мощностей.

Недостатки тепловых насосов вода-вода, вода-воздух:

— применим ограничено территориальностью, из-за отсутствия источника или в городских условий;- нужны высокие требования к дебету подающей скважине;- при повышении температуры воды, необходимы проверки антикоррозийной защиты и содержания марганца и железа.

Воздух как источник тепла

ТН воздух-вода или воздух-воздух чаще всего используют для бивалентных или моноэнергетических систем отопления, и обеспечения горячего водоснабжения.

Преимущества тепловых насосов «воздух-воздух», «воздух-вода»:

— простота конструкции, монтажа и эксплуатации;- возможность использования в любо климатической зоне;- наименьшая стоимость и срок окупаемости сравнительно с ТН других источников тепла;

Недостатки тепловых насосов (ТН) «воздух-воздух», «воздух-вода»:

— ухудшение коэффициента эффективности из-за изменений температуры внешней среды;- низкая производительность системы при температуре ниже 0 °С, что подразумевает необходимость дополнительного источника тепла для отопительного периода.

Тепловые двигатели внешнего сгорания

  • 1. Двигатель Стирлинга — это тепловой аппарат, в котором газообразное или жидкое рабочее тело совершает движения в замкнутом пространстве. Это устройство основано на периодическом охлаждении и нагреве рабочего тела. При этом извлекается энергия, которая возникает при изменении объема рабочего тела. Двигатель Стирлинга может работать от любого источника тепла.
  • 2. Паровые машины. Главный их плюс — это простота и отличные тяговые качества, на которые не влияет скорость работы. При этом можно обходиться без редуктора. Этим паровая машина отличается в лучшую сторону от двигателя внутреннего сгорания, выдающего на малых оборотах недостаточное количество мощности. По этой причине паровую машину удобно использовать в качестве тягового двигателя. Недостатки: низкий КПД, невысокая скорость, постоянный расход воды и топлива, большой вес. Раньше паровые машины были единственным двигателем. Но они требовали много топлива и замерзали зимой. Затем их постепенно вытеснили электродвигатели, ДВС, паровые турбины и газовые, которые обладают компактностью, более высоким КПД, универсальностью и эффективностью.

Приемка тепловых установок из ремонта

При приемке оборудования из ремонтов производится оценка качества ремонта, которая включает оценку: качества отремонтированного оборудования; качества выполненных ремонтных работ.

Оценки качества устанавливаются:

  • предварительно — по окончании испытаний отдельных элементов тепловой энергоустановки и в целом;
  • окончательно — по результатам месячной подконтрольной эксплуатации, в течение которой должна быть закончена проверка работы оборудования на всех режимах, проведены испытания и наладка всех систем.

Работы, выполняемые при капитальном ремонте тепловых энергоустановок, принимаются по акту. К акту приемки прилагается вся техническая документация по выполненному ремонту (эскизы, акты промежуточных приемок по отдельным узлам и протоколы промежуточных испытаний, исполнительная документация и др.).

Акты приемки из ремонта со всеми документами хранятся постоянно вместе с техническими паспортами установок. Все изменения, выявленные и произведенные во время ремонта, вносятся в технические паспорта установок, схемы и чертежи.

История

Концепция тепловых насосов была разработана ещё в 1852 году выдающимся британским физиком и инженером Уильямом Томсоном (лордом Кельвином) и в дальнейшем усовершенствована и детализирована австрийским инженером Петером Риттер фон Риттингером. Петера Риттера фон Риттингера считают изобретателем теплового насоса, ведь именно он спроектировал и установил первый известный тепловой насос в 1855 году. Но практическое применение тепловой насос приобрел значительно позже, а точнее в 40-х годах XX века, когда изобретатель-энтузиаст Роберт Вебер (Robert C. Webber) экспериментировал с морозильной камерой. Однажды Вебер случайно прикоснулся к горячей трубе на выходе камеры и понял, что тепло просто выбрасывается наружу. Изобретатель задумался над тем, как использовать это тепло, и решил поместить трубу в бойлер для нагрева воды. В результате Вебер обеспечил свою семью таким количеством горячей воды, которое они физически не могли использовать, при этом часть тепла от нагретой воды попадала в воздух. Это подтолкнуло его к мысли, что от одного источника тепла можно нагревать и воду, и воздух одновременно, поэтому Вебер усовершенствовал своё изобретение и начал прогонять горячую воду по спирали (через змеевик) и с помощью небольшого вентилятора распространять тепло по дому с целью его отопления. Со временем именно у Вебера появилась идея «выкачивать» тепло из земли, где температура не слишком изменялась в течение года. Он поместил в грунт медные трубы, по которым циркулировал фреон, который «собирал» тепло земли. Газ конденсировался, отдавал своё тепло в доме, и снова проходил через змеевик, чтобы подобрать следующую порцию тепла. Воздух приводился в движение с помощью вентилятора и распространялся по дому. В следующем году Вебер продал свою старую угольную печь.

В 1940-х годах тепловой насос был известен благодаря своей чрезвычайной эффективности, но реальная потребность в нём возникла после нефтяного кризиса 1973 года, когда, несмотря на низкие цены на энергоносители, появился интерес к энергосбережению.

Подписи к слайдам

Слайд 1

Презентация Виды тепловых двигателей Выполнила: студентка группы 14К1 Коженова Полина

Слайд 2

Тепловые двигатели Паровая машина Газовая, паровая турбина Реактивн-ый двигатель ДВС Виды тепловых двигателей

Слайд 3

Тепловые машины реализуют в своей работе превращение одного вида энергии в другой. Таким образом машины-устройства которые служат для преобразования одного вида энергии в другой. Преобразуют внутреннюю энергию в механическую. Внутренняя энергия тепловых машин образуется за счет энергии топлива

Слайд 4

Парова́я маши́на -тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию нагретого пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком смысле паровая машина двигатель внешнего сгорания, который преобразо-вывает энергию пара в механическую работу.

Слайд 5

Двигатель внутреннего сгорания-это тип двигателя, тепловая машина, в которой химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу. Несмотря на то, что ДВС являются относительно несовершенным типом тепловых машин, он очень широко распространен, например в транспорте. Несмотря на то, что ДВС являются относительно несовершенным типом тепловых машин, он очень широко распространен, например в транспорте.

Слайд 6

Газовая турбина это тепловой двигатель непрерывного действия, в лопаточном аппарате которого энергия сжатого и нагр-етого газа преобразуется в механическую работу на валу. Состоит из копрессора, соединённого напрямую с турбиной, и камерой сгорания между ними.

Слайд 7

Паровая турбина — это тепловой двигатель непрерывного действия, в лопаточном аппарате которого потенциальная энергия сжатого и нагретого водяного пара преобразуется в кинетическую, которая в свою очередь совершает механическую работу на валу.

Слайд 8

Реактивный двигатель -создает необходимую для движения силу тяги посредством преобразования исходной энергии в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела. Рабочее тело с большой скоростью истекает из двигателя, и в соответствии с законом сохранения импульса образуется реактивная сила,толкающая двигатель в противоположном направлении.

Слайд 9

Разнообразие видов тепловых машин указывает лишь на различие в конструкции и принципах преобразования энергии. Общим для всех тепловых машин является то, что они изначально у величивают свою внутреннюю энергию за счет сгорания топлива с последующим преобразованием внутренней энергии в механическую

Определение теплового насоса

Тепловой насос (ТН) является одним из термотрансформаторних устройств, обеспечивающих подачу тепла от одних тел к другим, которые имеют различные температуры. Термотрансформаторы могут быть повышающими, если предназначены для передачи теплоты к телам с низкой температурой, и понижающими, если с их помощью передается теплота телам с высокой температурой.

Долгое время тепловой насос оставался термодинамической загадкой, хотя принцип его работы вытекает из работ Карно, в частности, описания цикла Карно, опубликованного в его диссертации еще в 1824 Практическую теплонасосную систему, названную умножителем тепла, в 1852 предложил лорд Кельвин, который показал как холодильную машину можно эффективно использовать для целей отопления.

Тепловой насос осуществляет передачу внутренней энергии от энергоносителя с низкой температурой к энергоносителя с более высокой температурой. Поскольку, в соответствии со вторым законом термодинамики, тепловая энергия без какого-либо внешнего воздействия может переходить только с высокого температурного уровня на низкий, для осуществления теплонасосного цикла необходимо использовать приводную энергию. Поэтому процесс передачи энергии в направлении, противоположном естественному температурному напору, осуществляется в круговом цикле.

Основное назначение этих установок — использование теплоты низкопотенциального источника, например окружающей среды. Для осуществления теплонасосного процесса необходимый расход внешней энергии любого вида: механической, химической, кинетической, электрической и др.

Основное применение в настоящее время находят три типа теплонасосных установок:

• компрессионные для теплоснабжения отдельных домов, а также для теплоснабжения отдельных промышленных цехов или установок;

• абсорбционные для теплоснабжения зданий и промышленных цехов;

• термоэлектрические для теплоснабжения отдельных помещений или небольших домов.

Энергоносители, поставляемые тепловую энергию с низкой температурой для осуществления теплонасосного цикла, называются источниками теплоты. Они отдают тепловую энергию путем теплопередачи, конвекции и (или) излучения. Энергоносители, воспринимающие в теплонасосной цикле тепловую энергию повышенного потенциала, называются приемниками тепла. Они воспринимают тепловую энергию путем теплопередачи, конвекции и (или) излучения.

В целом можно предложить следующее определение: тепловой насос-устройство, что воспринимает тепловой поток при низкой температуре (на холодной стороне), а также необходимую для привода энергию и використуючы оба потока энергии при повышенной (по сравнению с холодной стороной) температурой в виде теплового потока .

Это определение действительно для компрессионных тепловых насосов, а также для абсорбционных и термоэлектрических агрегатов, использующих эффект Пельтье.

Теплопроизводительность (тепловая мощность) парокомпрессионного ТН состоит из двух составляющих: теплоты, получаемой випарувачем от источника теплоты (так называемая холодопроизводительность и приводной мощности Р, с помощью которой входная тепловая энергия поднимается на более высокий температурный уровень.

В абсорбционном ТН механический компрессор заменен термохимическим — в виде дополнительного циркуляционного контура раствора с генератором (кипятильником) и абсорбером. Вместо электрической приводной энергии, подводимой к компресионного теплового насоса с электроприводом, к генератору подводится тепловая энергия. Однако для обоих процессов используется с помощью испарителя источник энергии в виде отработанной теплоты или энергии окружающей среды.

Обычно в процессе преобразования энергии окружающей среды является конечным этапом процесса. Энергия, выделяемая при сжигании твердого топлива или в ядерных реакторах, проходит большое количество преобразований, пока принимает необходимую для потребителей форму, полностью используется и, наконец, практически всегда переходит в окружающую среду. Тепловые насосы требуют совершенно иного теоретического подхода. Здесь в начале процесса как источник тепла наряду с приводной энергией используется также и энергия окружающей среды.

Виды ремонтов теловых установок.

Основными видами ремонтов тепловых энергоустановок и тепловых сетей являются капитальный и текущий. Объем технического обслуживания и ремонта определяется необходимостью поддержания исправного, работоспособного состояния и периодического восстановления тепловых энергоустановок с учетом их фактического технологического состояния.

Капитальный ремонт — ремонт, выполняемый для восстановления технических и экономических характеристик объекта до значений, близких к проектным, с заменой или восстановлением любых составных частей.

Приемка тепловых энергоустановок из капитального ремонта производится рабочей комиссией, назначенной распорядительным документом по организации.

Годовой план ремонта. На все виды тепловых энергоустановок необходимо составлять годовые (сезонные и месячные) планы-графики ремонтов. Годовые планы ремонтов утверждает руководитель организации. В планах приводится расчет трудоемкости ремонта, его продолжительности (время простоев в ремонте), потребности в персонале, а также в материалах, комплектующих изделиях и запасных частях, создается расходный и аварийный запас их.

Текущий ремонт тепловых установок — ремонт, выполняемый для поддержания технических и экономических характеристик объекта в заданных пределах с заменой и/или восстановлением отдельных быстроизнашивающихся составных частей и деталей. Приемка из текущего ремонта производится лицами, ответственными за ремонт, исправное состояние и безопасную эксплуатацию тепловых энергоустановок.

Периодичность и продолжительность всех видов ремонта устанавливается нормативно-техническими документами на ремонт данного вида тепловых энергоустановок.

Источники:

Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Оставить комментарий:

Отправить

Полезные сервисы:

Опрос: Насколько Вам помогла информация на нашем сайте? (Кол-во голосов: 193)
Сразу все понял
Не до конца понял
Пришлось перечитывать несколько раз
Вообще не понял
Как я сюда попал?
Чтобы проголосовать, кликните на нужный вариант ответа. Результаты