Принципы действия тепловых машин
Тепловым двигателем называют устройство, преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую энергию.
Основные части теплового двигателя:
· Нагреватель – тело с постоянной температурой, преобразующее внутреннюю энергию топлива в энергию газа. В каждом цикле работы двигателя нагреватель передает рабочему телу некоторое количество теплоты.
· Рабочее тело – это газ, совершающий работу при расширении.
· Холодильник – тело с постоянной температурой, которому рабочее тело передает часть тепла.
Любая тепловая машина получает от нагревателя некоторое количество теплоты Q1 и передает холодильнику количество теплоты Q2. Так как Q1>Q2, то совершается работа A′=Q1–Q2.
Тепловой двигатель должен работать циклически, поэтому расширение рабочего тела должно сменяться его сжатием. Работа расширения газа должна быть больше работы сжатия, совершаемой внешними силами (условие совершения полезной работы). Температура газа при расширении должна быть выше, чем температура при сжатии. Тогда давление газа во всех промежуточных состояниях при сжатии будет меньше, чем при расширении.
В реальных тепловых машинах нагревателем является камера сгорания. В них рабочее тело нагревается за счет тепла, выделяющегося при сгорании топлива. Количество теплоты, выделяющееся при сгорании топлива, вычисляется по формуле:
где q – удельная теплота сгорания топлива, m – масса топлива.
|
|
|
Холодильником чаще всего у реальных двигателей служит атмосфера.
Виды тепловых двигателей:
· паровой двигатель;
· турбина (паровая, газовая);
· двигатель внутреннего сгорания (карбюраторный, дизельный);
· реактивный двигатель.
Тепловые двигатели широко используются на всех видах транспорта: на автомобилях – двигатели внутреннего сгорания; на железнодорожном транспорте – дизельные двигатели (на тепловозах); на водном транспорте – турбины; в авиации – турбореактивные и реактивные двигатели. На тепловых и атомных электростанциях тепловые двигатели приводят в движение роторы генераторов переменного тока.
Проблемы энергетики и охрана окружающей среды
Тепловые двигатели широко применяются на транспорте и в энергетике (тепловые и атомные электростанции). Использование тепловых двигателей сильно влияет на состояние биосферы Земли. Можно выделить следующие вредные факторы:
· при сжигании топлива используется кислород из атмосферы, что приводит к снижению содержания кислорода в воздухе;
· при сгорании топлива в атмосферу выделяется углекислый газ. Концентрация углекислого газа в атмосфере повышается. Это изменяет прозрачность атмосферы, так как молекулы углекислого газа поглощают инфракрасное излучение, что ведет к повышению температуры (парниковый эффект);
|
|
|
· при сжигании угля в атмосферу поступают азотные, серные соединения и соединения свинца, вредные для здоровья человека.
Решение проблемы охраны окружающей среды от вредного воздействия предприятий тепловой энергетики требует комплексного подхода. Массовыми загрязнителями при работе тепловых электростанций являются летучая зола, диоксид серы и оксиды азота. Методы сокращения выбросов зависят от свойств топлива и условия его сжижения. Предотвращение загрязнения летучей золой достигается очисткой всего объема продуктов сгорания твердого топлива в высокоэффективных золоуловителях. Сокращение выбросов оксидов азота с продуктами сгорания топлива на тепловых электростанциях, а также в парогазовых и газотурбинных установках обеспечивается, главным образом, технологией сжигания топлива. Уменьшение выброса диоксида серы может быть достигнуто различными методами облагораживания и переработки топлива вне тепловых электростанций либо непосредственно на тепловых электростанциях, а также очисткой дымовых газов.
|
|
|
Контроль за выбросом вредных веществ электростанций осуществляется специальными приборами.
В ряде случаев достаточно эффективным решением вопросов очистки выбросов в атмосферу остается сооружение фильтров-уловителей и дымовых труб. У дымовой трубы два назначения: первое — создавать тягу и тем самым заставлять воздух — обязательный участник процесса горения — в нужном количестве и с должной скоростью входить в топку; второе — отводить продукты горения (вредные газы и имеющиеся в дыме твердые частицы) в верхние слои атмосферы. Благодаря непрерывному турбулентному движению вредные газы и твердые частицы уносятся далеко от источника их возникновения и рассеиваются.
Для рассеивания сернистого ангидрида, содержащегося в дымовых трубах тепловых электростанций, сооружаются дымовые трубы высотой 180, 250 и 320 м. Тепловые электростанции России, работающие на твердом топливе, за год выбрасывают в отвалы около 100 млн т золы и шлаков. Зола и шлаки занимают большие площади земель, неблагоприятно влияют на окружающую среду.
Более половины всех загрязнений создает транспорт. Один из путей решения проблемы защиты окружающей среды заключается в переходе на дизельные двигатели, электродвигатели, повышение КПД.
|
|
|
Алгоритм решения задач раздела «Термодинамика»:
· выделить систему тел и определить ее тип (замкнутая, адиабатически замкнутая, замкнутая в механическом смысле, незамкнутая);
· выяснить, как изменяются параметры состояния (p,V,T) и внутренняя энергия каждого тела системы при переходе из одного состояния в другое;
· записать уравнения, связывающие параметры двух состояний системы, формулы для расчета изменения внутренней энергии каждого тела системы при переходе из одного состояния в другое;
· определить изменение механической энергии системы и работу внешних сил по изменению ее объема;
· записать формулу первого закона термодинамики или закона сохранения и превращения энергии;
· решить систему уравнений относительно искомой величины;
· проверить решение.
Дата добавления: 2022-07-02; просмотров: 99; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!