Величина КПД котлоагрегата, зКА, необходимая для расчета расхода топлива, определяется согласно уравнению из теплового баланса котлоагрегата:
где - сумма тепловых потерь.
Тепловые потери с уходящими газами рассчитываются по формуле:
где - энтальпия уходящих газов, кДж/кг; - энтальпия холодного воздуха (обычно принимается при температуре воздуха, 30 єС); - коэффициент избытка воздуха в уходящих газах за котлоагрегатом; - коэффициент избытка воздуха в топке, принимается по приложению Д; - сумма присосов по газовому тракту котла. [4]
32. Анализ цикла ДВС со смешенным подводом теплоты. Определение его полезной работы и КПД.
33. Показатель адиабаты и методы его определения с помощью эксперимента.
Показатель адиабаты (иногда называемый коэффициентом Пуассона) —
отношение теплоёмкости при постоянном давлении ({\displaystyle C_{P}}) к теплоёмкости при постоянном
объёме ({\displaystyle C_{V}}). Иногда его ещё называют фактором изоэнтропийного расширения. Обозначается греческой буквой {\displaystyle \gamma } (гамма) или {\displaystyle \kappa } (каппа). Буквенный символ в основном используется в химических инженерных дисциплинах. В теплотехнике используется латинская буква {\displaystyle k}[1].
определение величины показателя адиабаты[
Поскольку процессы, происходящие в небольших объёмах газа при прохождении звуковой волны, близки к адиабатическим[6], показатель адиабаты можно определить, измерив скорость звука в газе. В этом случае показатель адиабаты и скорость звука в газе будут связаны следующим выражением:{\displaystyle c={\sqrt {\frac {\gamma kT}{m}}}={\sqrt {\frac {\gamma RT}{M}}},}
где 
{\displaystyle \gamma } — показатель адиабаты; {\displaystyle k} k— постоянная Больцмана; R{\displaystyle R} — универсальная газовая постоянная; {\displaystyle T}T — абсолютная температура в кельвинах; {\displaystyle m}m — молекулярная масса; {\displaystyle M}M — молярная масса.
Другим способом экспериментального определения величины показателя адиабаты является метод Клемана — Дезорма, который часто используется в учебных целях при выполнении лабораторных работ. Метод основан на изучении параметров некоторой массы газа, переходящей из одного состояния в другое двумя последовательными процессами: адиабатическим и изохорическим.[7]
Лабораторная установка включает стеклянный баллон, соединённый с манометром, краном и резиновой грушей. Груша служит для нагнетания воздуха в баллон. Специальный зажим предотвращает утечку воздуха из баллона. Манометр измеряет разность давлений внутри и вне баллона. Кран может выпускать воздух из баллона в атмосферу.
Пусть первоначально в баллоне было атмосферное давление и комнатная температура. Процесс выполнения работы можно условно разбить на два этапа, каждый из которых включает в себя адиабатный и изохорный процесс.
34. Необратимые термодинамические процессы (расширение газа в вакуум, смешение газов).
Необратимым называется процесс, который нельзя провести в противоположном направлении через все те же самые промежуточные состояния. Все реальные процессы необратимы.
Адиабатический процесс (так же, как и другие изопроцессы) является процессом квазистатическим. Все промежуточные состояния газа в этом процессе близки к состояниям термодинамического равновесия. Любая точка на адиабате описывает равновесное состояние.
Не всякий процесс, проведенный в адиабатической оболочке, т. е. без теплообмена с окружающими телами, удовлетворяет этому условию. Примером неквазистатического процесса, в котором промежуточные состояния неравновесны, может служить расширение газа в пустоту. На рис. 1 (а) изображена жесткая адиабатическая оболочка, разделённая на две части перегородкой. В первоначальном состоянии газ заполняет одну часть, а в другой – вакуум. После устранения перегородки (рис.1 б) газ расширяется, заполняет всю оболочку, и устанавливается новое равновесное состояние. В этом процессе Q = 0, т.к. нет теплообмена с окружающими телами, и A = 0, т.к. оболочка недеформируема. Из первого закона термодинамики следует: ∆U = 0, т. е. внутренняя энергия газа осталась неизменной. Так как внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры, температура газа в начальном и конечном состояниях одинакова – точки на плоскости (p, V), изображающие эти состояния, лежат на одной изотерме. Все промежуточные состояния газа неравновесны и их нельзя изобразить на диаграмме.
Смешение газов При смешении идеальных газов тепловые эффекты отсутствуют, поэтому теплообмена между газами и термостатом не происходит, и изменение энтропии системы будет полностью определяться необратимостью процессов внутри системы.
35. Понятие эксергии. Представление эксергии рабочего тела графически на vр- и sТ-диаграммах. Эксергический анализ адиабатных процессов.
Эксергия — предельное (наибольшее или наименьшее) значение энергии, которое может быть полезным образом использовано (получено или затрачено) в термодинамическом процессе с учётом ограничений, накладываемых законами термодинамики; та максимальная работа, которую может совершить макроскопическая система при квазистатическом переходе из заданного состояния в состояние равновесия с окружающей средой (эксергия процесса положительна), или та минимальная работа, которую необходимо затратить на квазистатический переход системы из состояния равновесия с окружающей средой в заданное состояние[1] (эксергия процесса отрицательна[2]).
36. Тепломассообмен. Перенос теплоты в неоднородном температурном поле. Теплопроводность, конвекция, теплообмен излучением. Смешенные виды теплообмена (конвективный теплообмен, теплоотдача, теплопередача, радиационно-кондуктивный теплообмен, радиационно-конвективный теплообмен).
Тепломассообме́н — дисциплина, изучающая закономерности процессов теплообмена
сопровождающихся переносом вещества, то есть, массообменом
Процесс переноса тепловой энергии (теплоты) в пространстве с неоднородным полем температуры называется теплообменом. Теплообмен может осуществляться теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением. [5]
Рост паровых пузырьков при кипении жидкости на пойерхности теплообмена происходит в неоднородном поле температур. В этом случае рост парового пузырька в значительной мере связан с испарением жидкости через поверхность раздела фаз в основании пузырька. Эта - модель оправдана для малых и средних давлений, когда пузырьки имеют полусферическую форму и отделены от поверхности сравнительно тонкой пленкой жидкости
· Конвективный теплообмен — процесс переноса тепла, происходящий в движущихся текучих средах (жидкостях либо газах) и обусловленный совместным действием двух механизмов переноса тепла собственно конвективного переноса и теплопроводности
- теплоотдача (конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твёрдого тела);
- теплопередача (теплообмен от горячей среды [жидкость, газ или твердое тело] к холодной через разделяющую их стенку);
Радиационно-кондуктивный -теплообмен рассматривается применительно к плоскому слою ослабляющей среды.
Радиационно-конвективный -теплообмен весьма сложен в физическом отношении и описывается довольно сложной системой уравнений.
37. Числовые характеристики процесса теплообмена. Температура в точке, изотермическая поверхность, температурное поле, перепад температур, средний градиент температуры, истинный градиент температур, количество теплоты, тепловой поток, вектор плотности теплового потока, его проекция на произвольное направление.
38. Явления переноса: теплопроводность, диффузия, вязкость. Тройная аналогия в явлениях переноса.
Теплопрово́дность — способность материальных тел проводить энергию (теплоту) от более нагретых частей тела к менее нагретым частям тела, осуществляемому хаотически движущимися частицами тела (атомами, молекулами, электронами и т. п.). Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества.
В неравновесных системах возникают особые необратимые процессы, называемые явлениями переноса, в результате которых происходит пространственный перенос массы, энергии, импульса. Диффузия обусловлена переносом массы, теплопроводность – переносом энергии, а вязкость – переносом импульса.
Для характеристики необратимых процессов переноса вводятся параметры теплового движения молекул: среднее число соударений молекулы в единицу времени и средняя длина свободного пробега молекул.
Среднее число соударений молекулы за 1 с определяется по формуле:
где d – эффективный диаметр молекул, т.е. минимальное расстояние, на которое сближаются при столкновении центры двух молекул,
– эффективное сечение молекул, – концентрация молекул,
– средняя арифметическая скорость молекул.
Тройная аналогия между переносом количества движения (импульса), тепла и вещества. Теоретическим анализом и многочисленными экспериментальными исследованиями установлено, что между механизмами переноса механической энергии, тепла и массы в определенных условиях существует приближенная аналогия. Известно, например, что в ядре турбулентного потока вследствие интенсивного перемешиваниячастиц происходит выравнивание их скоростей, а в процессах тепло- и массопереноса — выравнивание соответственно температур и концентраций. В пределах же пограничного слоя наблюдается резкое падение скоростей, температур и концентраций вследствие пренебрежимо малого действия турбулентных пульсаций.
39. Перенос теплоты теплопроводностью. Закон Био-Фурье.
В 1807 году французский ученый Фурье доказал экспериментально, что во всякой точке тела (вещества) в процессе теплопроводности присуща однозначная взаимосвязь между тепловым потоком и градиентомтемпературы:
,
где Q – тепловой поток, выражается в Вт;
grad(T) – градиент температурного поля (совокупности числовых значений температуры в разнообразных местах системы в выбранный момент времени), единицы измерения К/м;
S – площадь поверхности теплообмена, м2;
λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м К).
40. Теплопроводность газов жидкостей и металлов. Теплоизоляционные материалы.
По сравнению с жидкостями газы имеют не только малую теплоемкость, но и малую теплопроводность, поэтому они являются хорошими теплоизоляторами.
Количество тепла, перенесенное путем теплопроводности, зависит от температуры, площади, через которую происходит передача, и времени. Теплопроводность газов возрастает с температурой, но она не зависит ни от давления, ни от плотности газа. В то же время повышение давления вызывает некоторое увеличение скорости переноса тепла путем конвекции (перемешивания газа), что имеет важное значение для водолазной практики. Теплопроводности различных газов сильно различаются между собой. Например, если условно принять коэффициент теплопроводности воздуха за единицу, то коэффициент теплопроводности гелия будет в 6,18 раза больше теплопроводности воздуха.
Высокая по сравнению с воздухом теплопроводность гелия заставляет применять специальные средства обогрева водолазов, выполняющих спуски с использованием для дыхания кислородно-гелиевых или кислородно-азотно-гелиевых смесей.
Теплопроводность жидкостей, за исключением ртути, невелика. Газам свойственная еще меньшая теплопроводность по сравнению, с твердыми и жидкими телами.
Экспериментально доказано, что для большинства жидкостей с возрастанием температуры коэффициент теплопроводности l снижается, исключение составляют вода и глицерин. Так для воды, эта зависимость носит сложный характер: в процессе роста температуры теплопроводность возрастает, а далее, дойдя до максимального значения (при - 130 С), начинает снижаться. Коэффициент теплопроводности жидкостей находится в границах от 0,07 до 0,7 Вт/(м×К).
Теплопроводность жидкостей растет с возрастанием давления.
Математическое описание коэффициента теплопроводности демонстрирует формула Фурье.
Основные коэффициенты теплопроводности приводят в справочной литературе.
Теплопроводность металлов – это перенос тепла от более горячих частиц к более холодным по закону Фурье при их макроскопической неподвижности. Она зависит от структуры материала, его химического состава и типа межатомной связи. В металлах передача тепла производится электронами, в других твердых материалах – фононами. Теплопроводность металлов тем выше, чем более совершенную кристаллическую структуру они имеют. Чем больше металл имеет примесей, тем более искажена кристаллическая решетка, и тем ниже теплопроводность. Легирование вносит такие искажения в структуру металлов и понижает теплопроводность относительно основного металла.
Теплоизоляция («тепловая изоляция») — элементы конструкции, уменьшающие процесс теплопередачи и выполняющие роль основного термического сопротивления в конструкции. Термин также может означать материалы для выполнения таких элементов или комплекс мероприятий по их устройству.
сновные виды применяемой теплоизоляции:
· монолитный пенобетон (плотностью до 300 кг/м3)
· минераловатные изделия в виде матов, плит, скорлуп, цилиндров и т. п. (каменная и стеклянная вата)
· пенополистирол (вспененный и экструдированный)
· пенополиуретан
· полиизоцианурат (PIR)
· эковата
· вспененный каучук
· вспененный полиэтилен (НПЭ, ППЭ)
· вакуумная теплоизоляция
· жидкая теплоизоляция
41. Конвективный теплообмен. Неоднородное поле плотностей. Свободная (естественная) и вынужденная конвекции.
Конвективный теплообмен — процесс переноса тепла, происходящий в движущихся текучих средах (жидкостях либо газах) и обусловленный совместным действием двух механизмов переноса тепла собственно конвективного переноса и теплопроводности
Естественной конвекции обязаны многие атмосферные явления, в том числе, образование облаков. Благодаря тому же явлению движутся тектонические плиты. Конвекция ответственна за появление гранул на Солнце.
При вынужденной (принудительной) конвекции перемещение вещества обусловлено действием внешних сил (насос, лопасти вентилятора и т. п.). Она применяется, когда естественная конвекция является недостаточно эффективной.
42. Молекулярный и молярный (конвективный) переносы теплоты. Закон Ньютона. Коэффициент конвективной теплоотдачи.
молекулярный перенос-перенос теплоты, вещества, количества движения посредством теплового движения микрочастиц в среде снеоднородным распределением температуры, концентрации, скорости.
конвективный перенос; молярный перенос -перенос теплоты, вещества, количества движения в среде с неоднородным распределением скорости, температуры, концентрации, осуществляемый макроскопическими элементами среды при их перемещении
Закон Нью́тона — Ри́хмана — эмпирическая закономерность, выражающая тепловой поток между разными телами через температурный напор.
Теплоотдача — это процесс теплообмена между теплоносителем и твёрдым телом.
Теплопередача — это процесс передачи тепла от одной среды к другой через разделяющую их стенку. Закон утверждает, что Плотность теплового потока (выражается в Вт/м²) на границе тел пропорциональна их разности температур (так называемый температурный напор) q=αΔT
Коэффициент пропорциональности α{\displaystyle \alpha } — коэффициент теплоотдачи (англ.) — плотность теплового потока при перепаде температур на 1 K, измеряется в Вт/(м²·К).
Закон охлаждения Ньютона устанавливает, что скорость теплопередачи при покидании поверхности при температуре Ts в окружающие газ или жидкость при температуре Tf дается уравнением:
Qконвекции = h A (Ts - Tf)
где коэффициент конвективной теплопередачи h имеет размерность Вт/м 2. K или БТЕ/с.дюйм 2.F. Коэффициент h не является термодинамическим свойством. Он представляет собой упрощенное соотношение для состояния газа или жидкости и условий на поток и потому часто называется потоковым свойством.
Конвекция связана с концепцией пограничного слоя, которым является тонкий слой перехода между поверхностью, считающейся примыкающей к стационарным, и потоком жидкости ли газа по соседству. Это проиллюстрировано на следующем рисунке для потока поверх плоской пластины.
43. Процесс конвективной сушки. Принципиальная схема сушильного агрегата. Расчет параметров теплоносителя и материала сушки с использованием Ь(1-диаграммы.
Процесс сушки.... Конвективный способ сушки основан на передаче тепла высушиваемому продукту за счет энергии нагретого сушильного агента – воздуха или парогазовой смеси. При этом способе сушки за счет сообщаемой продукту тепловой энергии идет испарение находящейся в продукте влаги, а пары влаги уносятся сушильным агентом.
44. Теплообменные аппараты. Теплопередача в рекуперативных теплообменниках. Прямоточные и противоточные теплообменники и их КПД.
Теплообменный аппарат (теплообменник) — это устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя или несколькими средами. Устройства, в которых между средами происходит массообмен, называют массообменными аппаратами. Аппараты, в которых одновременно протекают тепло- и массообмен, называют тепломассообменными. Движущиеся среды, обменивающиеся теплотой или применяемые для передачи теплоты от более нагретых тел и веществ к менее нагретым, называют теплоносителями.
Рекуперативные теплообменники с непосредственной теплопередачей [c.62]
Как и для двухпоточных рекуперативных теплообменников с непосредственной теплопередачей и периодических теплообменников, е / и е ст являются приведенными значениями реакций, которые имеют начальную величину, равную нулю, и стремятся к единице по мере возрастания времени до бесконечности. [c.64]
В табл. 3-4 сравниваются рекуперативный теплообменник с непосредственной теплопередачей, имеющий. эффективность 75 7о, и регенератор периодического действия с эффективностью 91%. Такие эффективности можно считать типичными для теплообменников, приме- [c.72]
Коэффициент теплопередачи в рекуперативном теплообменнике тощий — насыщенный раствор, Вт/(м -К)
Теплообменник — техническое устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя средами, имеющими различные температуры
В зависимости от направления движения теплоносителей рекуперативные теплообменники могут быть прямоточными при параллельном движении в одном направлении, противоточными при параллельном встречном движении, а также при взаимно поперечном движении двух взаимодействующих сред.
45. Тепловое излучение. Давление электромагнитного излучения. Гипотеза «фотонного газа».
Теплово́е излуче́ние — электромагнитное излучение, возникающее за счёт внутренней энергии тела. Имеет сплошной спектр, расположение и интенсивность максимума которого зависят от температуры тела. При остывании последний смещается в длинноволновую часть спектра.... Спектр такого излучения определяется законом Кирхгофа.
Давление электромагнитного излучения, давление света — давление, которое оказывает световое (и вообще электромагнитное) излучение, падающее на поверхность тела.
Термодинамика фотонного газа рассматривает электромагнитное излучение, используя понятия и методы термодинамики.
Электромагнитное излучение с корпускулярной точки зрения представляет собой фотонный газ с переменным числом электронейтральных безмассовых ультрарелятивистских частиц. Распространение понятий, законов и методов термодинамики на фотонный газ подразумевает, что электромагнитное излучение допустимо рассматривать как термическую систему, то есть как объект изучения, к которому применимо понятие температуры излучения [1].
Электромагнитное излучение с корпускулярной точки зрения представляет собой фотонный газ с переменным числом электронейтральных безмассовых ультрарелятивистских частиц. Распространение понятий, законов и методов термодинамики на фотонный газ подразумевает, что электромагнитное излучение допустимо рассматривать как термическую систему, то есть как объект изучения, к которому применимо понятие температуры излучения [1].
46. Определение термического КПД цикла Карно, рабочим телом для которого является «фотонный газ». Зависимость плотности излучения от температуры.
ешение: Фотонный газ представляет собой электромагнитные волны, заполняющие объем, ограниченный стенками, нагретыми до некоторой температуры 
.
Применение формулы (1.16) для приведенных в условии задачи выражений для уравнения состояния и внутренней энергии фотонного газа позволяет получить дифференциальное уравнение адиабатического процесса:
47. Дифференциальные уравнения переноса теплоты.