Что изучает теплотехника кратко

Обновлено: 04.07.2024

Теплотехникой принято называть науку, исследующую методы, с помощью которых получают, трансформируют, транспортируют и применяют теплоту. Занимается она принципами действия, конструкциями тепло и парогенераторов, тепловых машин и устройств.

Роль русских ученых в возникновении и развитии теплотехники

Русские ученые, инженеры и конструкторы внесли большой вклад в развитие теплотехники.

Еще в XVIII веке М.В. Ломоносов занимался теоретическими исследованиями и эмпирическими изысканиями в области теории теплоты.

заложил основы молекулярно-кинетической теории вещества;
установил связь между теплотой и механической энергией.

осуществил фундаментальные исследования в теории теплоемкостей;
научно обосновал подземной газификации топлива;
установил существование критических температур для веществ;

К.Э. Циолковский, К.В. Кирш, А.А. Радциг, В.И. Гриневский и ряд других ученых в конце XIX начале XX веков своими трудами, подготовили основы научного проектирования для множества тепловых агрегатов:

котлов;
тепловых двигателей;
ракет и др.

В первые годы Советской власти был разработан план ГОЭЛРО (Государственный план электрификации России), в соответствии с которым за 10-15 лет было необходимо построить 30 электростанций. К 1935 году этот план был перевыполнен.

Значение теплотехники как науки

Разработка теоретических основ теплотехники необходима для:

предложения самых рациональных способов использования теплоты;
проведения анализа экономичности процессов, текущих в тепловых установках;
создания комбинаций тепловых процессов для увеличения их эффективности;
создания и совершенствование тепловых агрегатов.

Без проработки теории было бы невозможно создание мощных паро- и газотурбинных установок с высокими начальными характеристиками пара и газа, реактивных двигателей, межконтинентальных баллистических ракет и множества других тепловых установок.

Готовые работы на аналогичную тему

Различают два разных направления применения теплоты:

При энергетическом применении теплота трансформируется в механическую работу.

При технологическом использовании теплоты, она служит для целенаправленного изменения свойств разных тел. Так, изменяя тепловое состояние тела можно его расплавить или добиться затвердевания, изменить структуру, механические и физические свойства и т.д.

В настоящее время энергетика в основном занимается трансформацией теплоты в механическую работу. Механическая работа при помощи генератора превращается в электрическую энергию, которая удобна в транспортировке на расстояние. Требующуюся для этих целей теплоту получают, сжигая топливо в топках паровых котлов или в двигателях внутреннего сгорания.

В структуру теории теплотехники входят:

техническая термодинамика;
теория теплообмена.

Техническая термодинамика

Термодинамикой можно назвать науку, которая исследует энергию и ее свойства. Основой термодинамики служат два эмпирических закона: первое и второе начала термодинамики. Эта наука стала интенсивно развиваться тогда, когда были сформулированы данные законы.

Первое начало термодинамики – это приложение закона сохранения энергии к тепловым явлениям.

$\Delta Q=\Delta U+A\, \left( 1 \right)$,

где $\Delta Q$ – количество теплоты, подводимое к системе, $\Delta U$ – изменение внутренней энергии системы; $A$ – работа термодинамической системы.

Второе начало термодинамики определяет направление тепловых процессов, идущих в природе:

$\Delta S\ge 0\left( 2 \right)$.

Энтропия ($S$) в замкнутой термодинамической системе не может убывать. Развитие процессов происходит в направлении увеличения энтропии.

Круг вопросов, подверженных рассмотрению и цели исследований делят термодинамику на:

физическую (общую);
химическую;
техническую.

Физическая термодинамика дает представление об общих теоретических основах термодинамики и законах превращения энергии при разнообразных физических явлениях.

Химическая термодинамика исследует тепловые эффекты разных химических реакций, определяются условия химического равновесия и т.д.

Техническая термодинамика рассматривает применение законов термодинамики к процессам трансформации тепла и работы. Получив исчерпывающую информацию о механизме реального термодинамического процесса, можно создать его схему течения для осуществления его полного термодинамического анализа. Смысл составления такой схемы в том, что из системы всех принимающих участие в процессе тел, выделяют рабочее тело (при его помощи реализуется процесс), остальные тела рассматривают в качестве источников (или поглотителей) тепла.

Главным содержанием прикладной термодинамики является определение полезной работы процесса и количества переданной теплоты в нем.

Для глубины понимания физического смысла исследуемых процессов прикладная термодинамика совместно с методами термодинамики использует молекулярные и статистические исследования.

Теория теплообмена

Теория теплообмена – это наука, исследующая законы распространения и передачи теплоты между телами.

Выделяют три варианта теплообмена:

теплопроводность (кондукция),
конвекция,
тепловое излучение.

Теплопроводность – перенос тепла, который появляется при непосредственном контакте тел.

В жидкостях совместно с процессом теплопроводности теплота может распространяться при перемещении и перемешивании более и менее нагретых частей жидкости. Данный вид переноса теплоты называют конвекцией.

Конвективным теплообменом (теплоотдачей) называют явление теплопередачи при соприкосновении стенки с жидкостью в результате теплопроводности и далее распространение теплоты в жидкости в результате конвекции. Теплоотдачей называют и процесс, текущий в обратном направлении.

Лучеиспусканием (тепловым излучением) называют перенос энергии электромагнитными волнами между двумя излучающими поверхностями.

При тепловом излучении идет двойной переход энергии:

тепловая энергия переходит в лучистую энергию на поверхности тела, которое излучает тепло;
лучистая энергия переходит в тепло на поверхности тела, которое поглощает тепло.

Процессы теплопроводности, конвекции и лучеиспускания часто идут одновременно.

отрасль техники, занимающаяся получением и использованием теплоты в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте и в быту.

Получение теплоты. Основным источником теплоты, используемой человечеством (70-е гг. 20 в.), является природное органическое топливо, выделяющее теплоту при сжигании. Различают твёрдое, жидкое и газообразное топливо. Наиболее распространённые виды твёрдого топлива — угли (каменные и бурые, антрациты), Горючие сланцы, Торф. Природное жидкое топливо — Нефть, однако непосредственно нефть редко используется для получения теплоты. На нефтеперерабатывающих предприятиях из нефти вырабатывают Бензин — горючее для автомобильных и поршневых авиационных двигателей; Керосин — для реактивной авиации и для некоторых поршневых двигателей; различные типы дизельного топлива (См. Дизельное топливо) и Мазуты, применяемые в основном на тепловых электростанциях. Газообразное топливо — природный газ, состоящий из метана и др. углеводородов (см. Газы горючие). Топливом в сравнительно небольших масштабах служит также древесина (Дрова и древесные отходы). В середине 20 в. разрабатываются методы сжигания промышленных и бытовых отходов с целью их уничтожения и одновременного получения теплоты.

Важнейшая характеристика топлива — удельная Теплота сгорания. Для сравнительных расчётов используется понятие топлива условного (См. Топливо условное) с теплотой сгорания 29308 кдж/кг (7000 ккал/кг).

Для сжигания топлива служат различные технические устройства — топки (См. Топка), печи (См. Печь), камеры сгорания (См. Камера сгорания). В топках и печах топливо сжигается при давлении, близком к атмосферному, а в качестве окислителя обычно используется воздух. В камерах сгорания давление может быть выше атмосферного, а окислителем может служить воздух с повышенным содержанием кислорода (обогащенный воздух), кислород и т. д.

Теоретически для сгорания топлива необходимо стехиометрическое количество кислорода. Например, при горении метана CH₄ осуществляется след. реакция: CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O. Из этого уравнения следует, что на 1 кмоль (16 кг) CH₄ требуется 2 кмоля (64 кг) O₂, то есть на 1 кг CH₄ — 4кг O₂. На практике для полного сгорания нужно несколько большее количество окислителя. Отношение действительного количества окислителя (воздуха), использованного для горения, к теоретически необходимому называется коэффициентом избытка окислителя (воздуха) α. При сгорании топлива его химическая энергия переходит во внутреннюю энергию продуктов сгорания, в результате чего эти продукты нагреваются. Температура, которую приобрели бы продукты сгорания, если бы не отдавали теплоту во вне (Адиабатный процесс), называется теоретической температурой горения. Эта температура зависит от вида топлива и окислителя, их начальной температуры и от коэффициента избытка окислителя. Для большинства природных топлив (окислитель — воздух) теоретическая температура горения составляет 1500—2000 °С; её повышает предварительный подогрев топлива и окислителя. Максимальная теоретическая температура горения наблюдается при коэффициенте избытка окислителя α≈0,98.

В топках происходит отвод теплоты от горящего топлива, поэтому температура продуктов сгорания оказывается ниже теоретической температуры.

Уголь обычно сжигают в топках. При относительно малых количествах необходимого топлива используют слоевые топки (См. Слоевая топка), где уголь в виде кусков сжигают на колосниковой решётке, сквозь которую продувается воздух. Для сжигания значит. количеств угля (нескольких сот т в час) применяют камерные топки (См. Камерная топка). В них уголь, предварительно превращенный в порошок с размером частиц 50—300 мкм, подаётся в смеси с воздухом через пылеугольные горелки. Мазутные топки (См. Мазутная топка) и газовые топки (См. Газовая топка) аналогичны пылеугольным и отличаются конструкцией горелок или форсунок.

Наряду с органическим топливом с середины 20 в. для получения теплоты применяется Ядерное топливо, или ядерное горючее. Основным видом ядерного горючего является изотоп урана 235 U, содержание которого в естественном уране около 0,7%. При делении 1 кг 235 U выделяется около 84․10 9 кдж (20․10 9 ккал) в основном в виде кинетической энергии осколков деления ядер и нейтронов. В ядерном реакторе (См. Ядерный реактор) эта энергия превращается в теплоту, отбираемую теплоносителем. В подавляющем большинстве реакторов (70-е гг. 20 в.) цепная ядерная реакция поддерживается за счёт тепловых нейтронов. Получают распространение реакторы на быстрых нейтронах, или реакторы-размножители (См. Реактор-размножитель), в которых в качестве ядерного топлива может использоваться 238 U и торий 232 Th, которые, кроме теплоты, производят ещё и новое ядерное горючее 239 Pu и 233 U. Теплоносителями в реакторах на тепловых нейтронах обычно служат вода, тяжёлая вода, углекислота; в реакторах на быстрых нейтронах — жидкий натрий, инертные газы и т. д. Кроме органического и ядерного топлива, некоторое практическое значение в качестве источника теплоты имеют геотермическая и солнечная энергия. Геотермическая энергия проявляется в существовании горячих подземных вод, часто выходящих на поверхность в районах с повышенной вулканической активностью, и в общем повышении температуры земных недр с глубиной. Это возрастание температуры характеризуется геотермическим градиентом (См. Геотермический градиент), численно равным повышению температуры в градусах на 100 м глубины; в среднем для доступных непосредственному измерению глубин он равен 0,03 °С/м. Если теплота горячих источников уже утилизируется, например в СССР построена (1966) Паужетская Геотермическая электростанция мощностью 5 Мвт, то возможность использования теплоты земных недр (1975) пока только издается.

Мощный источник теплоты — Солнце, посылающее на Землю поток энергии мощностью в 1,8․10 17 вт. Однако плотность солнечной энергии на поверхности Земли мала и составляет около 1 квт/м 2 . Ещё не разработаны приемлемые с технико-экономической точки зрения схемы и установки для улавливания солнечного излучения в значительных масштабах. Однако в ряде районов солнечная энергия применяется для опреснения воды, нагревания воды для с.-х. (парники, теплицы) и бытовых нужд, а в ряде случаев — для производства электроэнергии.

Важное значение с точки зрения экономии природного топлива придаётся использованию вторичных тепловых ресурсов, например нагретых отходящих газов металлургических печей или двигателей внутреннего сгорания, теплота которых обычно утилизируется в котлах-утилизаторах (См. Котёл-утилизатор).

Использование теплоты. Генерированная различными способами теплота может либо непосредственно потребляться каким-либо технологическим процессом (теплоиспользование), либо перерабатываться в др. виды энергии (Теплоэнергетика). Цели и методы отрасли Т. — теплоиспользования — многообразны. Широко применяется нагрев в металлургии. Например, чугун из железной руды получают в доменной печи, в которой восстановление окиси железа углеродом происходит при температурах около 1500 °С; теплота выделяется при горении кокса. Сталь из чугуна вырабатывается в мартеновских печах (См. Мартеновская печь) при температуре около 1600 °С, которая поддерживается в основном в результате сжигания жидкого или газообразного органического топлива. При получении стали в Конвертере в чугун вдувают кислород; необходимая температура создаётся в результате окисления углерода, содержащегося в чугуне. В литейном производстве теплота, необходимая для поддержания требуемой температуры в печи, генерируется либо в результате сжигания в печи топлива (чаще всего газа или мазута), либо за счёт электроэнергии.

Нагрев до той или иной температуры характерен для большинства процессов химической технологии, пищевой промышленности и пр. Подвод или отвод теплоты осуществляется в Теплообменниках, Автоклавах, сушильных установках, выпарных устройствах, дистилляторах, ректификационных колоннах, реакторах и т. п. с помощью теплоносителей. При этом, если в аппарате требуется поддерживать достаточно высокую температуру, теплоносителем могут быть непосредственно продукты сгорания органического топлива. Однако в большинстве случаев применяются промежуточные теплоносители, которые отбирают теплоту от продуктов сгорания топлива и передают её веществу, участвующему в технологическом процессе, либо отбирают теплоту от этого вещества и передают её в др. часть установки или в окружающую среду. Наиболее часто применяются следующие теплоносители: вода и водяной пар, некоторые органические вещества, например даутерм (см. Дифенил), Кремнийорганические соединения, минеральные масла, расплавленные соли, жидкие металлы, воздух и др. газы.

Конструктивные схемы теплообменников весьма разнообразны и зависят от их назначения, уровня температур и типа теплоносителя. По принципу действия различают рекуперативные теплообменники, в которых теплота от одного вещества (теплоносителя) к другому передаётся через твёрдую, обычно металлическую, стенку; регенеративные теплообменники, в которых теплота воспринимается и отдаётся специальной насадкой, поочерёдно омываемой нагревающим и нагреваемым телами; смесительные теплообменники, в которых передача теплоты осуществляется при соприкосновении веществ. Наиболее распространены трубчатые рекуперативные теплообменники, где один из теплоносителей протекает внутри труб, а другой — в межтрубном пространстве. Основные характеристики рекуперативных теплообменников: размер поверхности теплообмена и коэффициент теплопередачи, представляющий собой количество теплоты, передаваемой через 1м 2 поверхности теплообмена при разности температур между теплоносителями в 1 °С. Этот коэффициент для данного теплообменника зависит от типа теплоносителей, их параметров и скоростей движения.

Значительная доля получаемой теплоты в холодное время года идёт на бытовое потребление, то есть компенсацию потерь теплоты через стены зданий, потерь, связанных с вентиляцией помещений и прочее. В большинстве городов СССР используется Отопление от ТЭЦ и от центральных котельных. В этом случае на ТЭЦ или в котельной устанавливаются бойлеры, в которых подогревается сетевая вода, направляемая в дома для отопления. В качестве отопительных приборов (См. Отопительные приборы) применяются либо металлические оребрённые теплообменники (Радиаторы), устанавливаемые непосредственно в помещении, либо трубчатые нагреватели, вмонтированные в стеновые панели.

Для получения механической работы за счёт теплоты применяют тепловые двигатели (См. Тепловой двигатель) — основные энергетические агрегаты заводских, транспортных и пр. теплосиловых установок; в электрическую энергию теплота преобразуется в магнитогидродинамических генераторах (См. Магнитогидродинамический генератор) и термоэлектрических генераторах (См. Термоэлектрический генератор) и т. д. В середине 70-х гг. 20 в. в мире на производство электроэнергии расходуется около 30% всей получаемой теплоты.

Теоретические основы теплотехники. Процессы генерации и использования теплоты базируются на теоретических основах Т. — технической термодинамике (См. Термодинамика) и теплопередаче (См. Теплопередача).

В термодинамике рассматриваются свойства макроскопических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и процессы перехода между этими состояниями. Равновесное состояние полностью характеризуется небольшим числом физических параметров. Например, состояние однородных жидкости или газа определяется заданием двух из трёх величин: температуры, объёма, давления (см. Клапейрона уравнение, Ван-дер-Ваальса уравнение). Энергетическая эквивалентность теплоты и работы устанавливается первым началом термодинамики (См. Первое начало термодинамики). Второе начало термодинамики определяет необратимость макроскопических процессов, протекающих с конечной скоростью, и лимитирует максимальное значение кпд при преобразовании теплоты в работу.

Теплопередача изучает теплообмен (процессы переноса теплоты) между теплоносителями через разделяющие их пространство или твёрдую стенку, через поверхность раздела между ними. В теплотехнических устройствах теплота может передаваться лучистым теплообменом (См. Лучистый теплообмен), конвекцией (См. Конвекция), Теплопроводностью.

Лучистый теплообмен (теплообмен излучением) характерен для топок и камер сгорания, а также для некоторых печей. Общая энергия, излучаемая каким-либо телом, пропорциональна температуре тела в четвёртой степени (см. Стефана - Больцмана закон излучения). При данной температуре наибольшее количество энергии отдаёт Абсолютно чёрное тело. Реальные тела характеризуются излучательной способностью (интегральной или спектральной), показывающей, какую долю от энергии абсолютно чёрного тела излучает данное тело (во всём диапазоне волн или в узкой полосе, соответствующей определённой длине волны) при той же температуре. Интегральная излучательная способность твёрдых тел обычно лежит в пределах от 0,3 до 0,9. Газы при нормальных температурах имеют очень малую излучательную способность, возрастающую с увеличением толщины излучающего слоя.

Теплообмен конвекцией осуществляется в жидкостях, газах или сыпучих средах потоками вещества. С помощью конвекции ведётся нагревание или охлаждение жидкостей или газов в различных теплотехнических устройствах, например, в воздухонагревателях и экономайзерах котлоагрегатов. Теплообмен конвекцией наиболее характерен для случая омывания твёрдой стенки турбулентным потоком жидкости или газа. При этом теплота к стенке или от неё переносится за счёт турбулентного перемешивания потока (см. Турбулентное течение). Интенсивность этого процесса характеризуется коэффициентом теплоотдачи. См. также Конвективный теплообмен.

Теплообмен теплопроводностью характерен для твёрдых тел и для ламинарных потоков жидкости и газа (см. Ламинарное течение), омывающих твёрдую стенку. Теплота при этом переносится в результате микроскопического процесса обмена энергией между молекулами или атомами тела. На практике процесс переноса теплоты часто обусловливается совместным действием перечисленных видов теплообмена.

Лит.: Мелентьев Л. А., Стырикович М. А., Штейнгауз Е. О., Топливно-энергетический баланс СССР, М.—Л., 1962; Общая теплотехника, М.— Л., 1963; Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С., Теплопередача, 3 изд., М., 1975; Хазен М. М., Казакевич Ф. П., Грицевский М. Е., Общая теплотехника, М., 1966; Кириллин В. А., Сычев В. В., Шейндлин А. Е., Техническая термодинамика, 2 изд., М., 1974; Стырикович М. А., Мартынова О. И., Миропольский З. Л., Процессы генерации пара на электростанциях, М., 1969.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Теплота широко используется во всех областях хозяйственной деятельности человека и его нормального жизнеобеспечения. Разработка теоретических основ теплотехники необходима для установления наиболее рациональных способов использования тепловой энергии, анализа экономичности рабочих процессов тепловых установок и создания новых, наиболее совершенных типов тепловых.

Любому техническому специалисту - инженеру, технику, механику необходимы знания основ этой науки, поскольку в настоящее время идет процесс интенсивного и широкого внедрения сложнейших тепловых машин и установок разного назначения практически во всех сферах хозяйственной деятельности человека.
Невозможно представить жизнь современного общества без автомобилей, самолетов, сельскохозяйственной техники, тепловых электростанций и котельных установок и т. п. Все эти сложнейшие технические устройства используют в своей работе тепловые машины различной конструкции. Можно с уверенностью сказать, что научно-технический прогресс в ближайшем будущем позволит человеку использовать тепловую энергию все более эффективно.
Поэтому без знания теоретических основ теплотехники и термодинамики современному техническому специалисту не обойтись.

Различают два принципиально различных направления использования теплоты – энергетическое и технологическое.
При энергетическом использовании, теплота преобразуется в механическую работу, с помощью которой в специальных установках (генераторах) создается электрическая энергия, наиболее удобная для передачи на значительное расстояние. Теплоту при этом получают сжиганием топлива в котельных установках или непосредственно в двигателях внутреннего сгорания.
При технологическом использовании тепловой энергии она используется для направленного изменения механических, физических или химических свойств различных тел (расплавления, затвердевания, изменения структуры и т. п.) .

Термодинамика - наука, изучающая энергию и законы ее превращения из одного вида в другой. Изучение основ термодинамики позволяет понимать принципы работы тепловых двигателей (паровых машин, двигателей внутреннего сгорания) , тепловых насосов, холодильной техники, кондиционеров и других устройств.

Техническая термодинамика - раздел термодинамики, в котором рассматриваются взаимопревращения тепловой и механической энергии с помощью материальных тел, называемых рабочими телами.
Техническая термодинамика является основой теории тепловых двигателей и других промышленных установок, связанных с взаимопревращениями указанных видов энергии.

Как отмечалось выше, преобразование теплоты в механическую работу происходит с помощью рабочего тела. Наиболее эффективным с точки зрения технической термодинамики рабочим телом является то, которое обладает выраженными упругими свойствами, позволяющими телу в значительной мере деформироваться (изменять свой объем) под влиянием механической силы (давления) , термического воздействия (теплоты) или комбинированного термомеханического воздействия.

Наблюдая за агрегатным состоянием различных тел, можно заметить, что наиболее целесообразными рабочими телами для применения в различных тепловых устройствах являются газы или пары. Именно они наиболее полно могут быть использованы в процессах преобразования теплоты в механическую работу, так как газы и пары, с одной стороны, легко деформируемы (легко сжимаются, расширяются) под влиянием внешних сил, а с другой стороны, им свойственны значительные (по сравнению с другими агрегатными состояниями тел) коэффициенты объемного расширения. Газы упруги - сжатый, т. е. деформированный объем газа стремится восстановить и даже увеличить свой первоначальный объем при снятии внешней нагрузки.

Одним из основных в технической термодинамике является понятие о термодинамической системе , представляющей собой совокупность тел, находящихся во взаимодействии, как между собой, так и с окружающей средой. Простым примером термодинамической системы может служить газ, расширяющийся или сжимающийся в цилиндре с движущимся поршнем.

Материальные тела, входящие в термодинамическую систему, разделяют на источники тепла и рабочие тела , которые под воздействием источника теплоты совершают механическую работу.

Для определения конкретных физических условий, в которых находится термодинамическая система, используют ряд показателей, называемых параметрами состояния. В число основных параметров входят: абсолютная температура Т , абсолютное давление р и удельный объем v (или величина, обратная удельному объему, - плотность ρ ) .

Последовательность изменения состояния рабочего тела в термодинамической системе называют термодинамическим процессом . Основным признаком процесса является изменение хотя бы одного из параметров состояния.

Рассмотрим физический смысл каждого из параметров рабочего тела с точки зрения науки теплотехники.

Давление

Давление (р) в термодинамике определяется как сила, действующая по нормали на единицу площади поверхности тела.
Давление газа - результат воздействия молекул газа на стенки сосуда, в котором он заключен. Известно, что молекулы любого газа находятся в постоянном движении, перемещаясь спонтанно в произвольном направлении. В результате хаотического движения молекул газа они систематически ударяются о стенки сосуда, оказывая на них силовое воздействие. Суммарное действие всех ударяющихся молекул определяет давление газа на стенки сосуда.
Именно это свойство газов (оказывать давление на стенки сосуда) позволяет использовать его в качестве рабочего тела в термодинамических процессах.
Давление измеряется в Паскалях (Па) . Один Паскаль равен силе величиной 1 ньютон, действующей на площадь размером 1 квадратный метр:

В теплотехнических установках шкалы приборов для измерения давления часто градуируют в единицах системы МКГСС, в которой за единицу давления принята техническая атмосфера, (ат или at) :

1 ат = 1 кг/см 2 ≈ 9,814 Н/м 2 ≈ 0,0981 МПа .

При этом не следует путать единицы измерения техническая атмосфера (ат) с единицей измерения физическая атмосфера (атм или atm) , характеризующей нормальное (физическое) атмосферное давление p₀ , которое принято выражать, также, в миллиметрах ртутного столба:

p₀ = 760 мм рт. ст. ≈ 101325 Па ≈ 0,101325 МПа .

В соответствии с определением между этими единицами существует зависимость:

1 атм ≈ 101 325 Па ≈ 1,033233 ат .

В настоящее время международными и российскими органами стандартизации и метрологии приняты меры по исключению этих единиц измерения давления из применения.

В технической термодинамике различают абсолютное и избыточное давление .
Под абсолютным понимают действительное давление рабочего тела внутри сосуда.
Под избыточным давлением понимают разность между абсолютным давлением в сосуде и давлением окружающей (внешней) среды.
Приборы, служащие для замера разности между абсолютным и избыточным давлением, называют манометрами .
Из приведенных выше определений следует, что для случая, когда давление в сосуде превышает давление окружающей среды,

где:
р_абс - абсолютное давление в сосуде;
р_изб - манометрическое или избыточное давление (измеренное прибором) ;
р_б - давление окружающей среды (атмосферное или барометрическое давление) .

Если абсолютное давление меньше давления окружающей среды, то разность между ними называется разряжением, или вакуумом .
Для измерения разрежений служит вакуумметр - прибор, показывающий разность давления окружающей среды и абсолютного давления в сосуде.
В этом случае:

где: р_изб – показание величины разрежения на шкале вакуумметра.

Под удельным объемом рабочего тела понимают объем, занимаемый массой в 1 кг этого тела.
Удельный объем обозначается буквой v и измеряется в кубических метрах на килограмм (м 3 /кг) .

Под плотностью рабочего тела понимают величину, обратную удельному объему, т.е. массу вещества, заключенную в объеме 1 м 3 . Плотность обозначается буквой ρ и измеряют в килограммах на кубический метр (кг/м 3 ) . Из приведенных определений следует:

поэтому произведение удельного объема на плотность будет равно единице:

здесь: V – объем рабочего тела, м 3 ; m – масса рабочего тела, кг.

Температура

Абсолютная температура – это один из основных параметров, характеризующих тепловое состояние тела, мера степени нагретости тела. Величина этого параметра определяется средней кинетической энергией движения молекул газа.
Знак разности температур двух неодинаково нагретых тел определяет направлении передачи тепла.

Температуру измеряют либо по абсолютной (термодинамической) шкале в градусах Кельвина (К) и обозначают буквой Т , либо по Международной практической шкале в градусах Цельсия (˚С) и обозначают буквой t .

За ноль абсолютной температуры абсолютной по шкале Кельвина принята температура вещества, когда полностью отсутствует тепловое движение его молекул и атомов. По этой шкале температура может быть только положительной (либо равной нулю, хотя, доказано, что абсолютный ноль - температура недостижимая, также, как и скорость света) .

Ноль температуры в международной практической шкале соответствует температуре плавления льда при нормальном давлении (760 мм рт. ст.) . Эту температуру называют, также, тройной точкой воды , поскольку все три фазы воды (твердая, жидкая и газообразная) при такой температуре находятся в состоянии равновесия. Сотому делению этой шкалы соответствует температура кипения воды (100˚С) при нормальном давлении.

Цена деления шкалы Кельвина одинакова с ценой деления шкалы Цельсия, т. е. равна 1 градусу, а соотношение между абсолютной температурой Т и практической температурой t определяется формулой:

В США, Канаде и некоторых других странах для измерения температуры применяется шкала Фаренгейта , в которой за ноль принята температура смеси равных частей льда и нашатыря. В этой шкале температура таяния льда равна 32˚ F, а температура кипения химически чистой воды равна 212˚ F.
Соотношение между значениями температуры, измеренной по шкалам Цельсия и Фаренгейта:

Считается, что рабочее тело находится при нормальных физических условиях, если давление его равно
р₀ = 760 мм рт. ст. ≈ 101325 Па ≈ 0,101325 МПа, а температура t₀ = 0˚ C.

Киломоль

В технической термодинамике часто используют понятие киломоль (кмоль) , который характеризует количество вещества в килограммах, численно равное его молекулярной массе μ . Например, киломоль кислорода О₂, имеющего молекулярную массу μ = 32, равен 32 кг, киломоль углерода C (молекулярная масса μ = 12) равен 12 кг, киломоль углекислого газа СО₂ (молекулярная масса μ = 44) равен 44 кг и т. д.
Единицей измерения киломоля является килограмм деленный на киломоль: кг/кмоль.

ТЕПЛОТЕ́ХНИКА, отрасль науки и техники, изучающая методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а также принципы действия и конструктивные особенности тепловых машин и устройств. Осн. источником теплоты являются природное органич. топливо (выделяет теплоту при сжигании), ядерное топливо , а также геотермальные ресурсы , энергия солнечной радиации (см. Гелиотехника ). В кон. 20 в. разработаны технологии сжигания твёрдых бытовых и пром. отходов с целью их уничтожения и одноврем. получения теплоты. Для сжигания топлива используют топки , печи , паровые котлы , котлы- утилизаторы и др. Важнейшая характеристика топлива – удельная теплота сгорания ; для сравнит. расчётов применяется понятие условного топлива .

Теплотехника – наука, которая изучает методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а также принципы действия и конструктивные особенности тепловых машин, аппаратов и устройств. Теплота используется во всех областях деятельности человека. Для установления наиболее рациональных способов его использования, анализа экономичности рабочих процессов тепловых установок и создания новых, наиболее совершенных типов тепловых агрегатов необходима разработка теоретических основ теплотехники. Различают два принципиально различных направления использования теплоты – энергетическое и технологическое. При энергетическом использовании, теплота преобразуется в механическую работу, с помощью которой в генераторах создается электрическая энергия, удобная для передачи на расстояние. Теплоту при этом получают сжиганием топлива в котельных установках или непосредственно в двигателях внутреннего сгорания. При технологическом - теплота используется для направленного изменения свойств различных тел (расплавления, затвердевания, изменения структуры, механических, физических, химических свойств).

Количество производимых и потребляемых энергоресурсов огромно. По данным Минтопэнерго РФ и фирмы "Shell" [3] динамика производства первичных энергоресурсов даны в таблице 1.1.

Читайте также: