Основен / Гориво

Топлинната енергия е загряване или топла вода.

Топлинната енергия е система за измерване на топлината, която е изобретена и използвана преди два века. Основното правило на работа с тази стойност е, че топлинната енергия се спасява и не може просто да изчезне, но може да се пренесе към друг вид енергия.

Има няколко общоприети мерни единици за топлинна енергия. Те се използват главно в промишлени сектори като енергетиката. По-долу са най-често срещаните:

• Калорията е единица мярка, която не е част от цялостната система, но често се използва за сравнение с други параметри. По принцип, смятане се произвежда в килограми, Megakal, Gigakal;
• Един тон пара е една от най-специфичните и най-рядко използвани количества, чрез които те измерват количеството топлинна енергия в особено големи обеми. Една единица "тон на пара" се равнява на количеството пара, което може да се получи от 1 тон вода;
• Джаул е обща единица SI, използвана за обозначаване на количеството енергия в различните й форми. Основните количества са kJ, mj, gj;
• kWh на час (kWh) е основната единица за измерване на електрическата енергия, използвана по-специално от страните от ОНД.

Всяка измервателна единица, включена в системата SI, има за цел да определи общото количество на определен вид енергия, като например топлинна или електрическа енергия. Времето за измерване и количество не влияе на тези стойности, защо те могат да се използват както за консумирана, така и за консумирана енергия. В допълнение, всяко предаване и приемане, както и загуби, също се изчисляват в такива количества.

Къде се използват единиците за измерване на топлинната енергия

1. Изчисляване на генерирана енергия на пара в котела за един сезон или година.
2. Определяне на необходимото количество топлина за отопление на определено количество вода със специфичен температурен режим.
3. Пълно отчитане на количеството топлинна енергия, използвана за осигуряване на отопление с гореща вода, отоплителни инсталации и вентилация на помещенията.
4. В някои изпълнения, количеството топлинна енергия се използва за измерване на обема на природния газ. В този случай се взема предвид способността на определено количество вещество да произвежда топлина по време на горенето.
5. Catalla често използва тази стойност, за да определи показателя за електроенергия, използван в сезоните на отопление.

Енергийните блокове се превръщат в топлина

За визуален пример, по-долу са сравнения на различни популярни индекси на SI с топлинна енергия:

• 1 GJ е равно на 0.24 Gcal, което в електрически еквивалент е равно на 3,400 милиона kW на час. В еквивалента на топлинна енергия 1 GJ = 0,44 тона пара;
• В същото време, 1 Gcal = 4.1868 GJ = 16000 милиона kWh на час = 1.9 тона пара;
• 1 тон пара е равен на 2,3 GJ = 0,6 Gcal = 8200 kW на час.

В този пример дадена стойност на пара се взема като изпаряване на водата, когато достигне 100 ° С.

За да се изчисли количеството топлина, се използва следният принцип: да се получат данни за количеството топлина, което се използва при нагряване на течност, след което масата на водата се умножава по кълнещата температура. Ако в SI масата на течността се измерва в килограми и температурните разлики в градуси Целзий, тогава резултатът от тези изчисления ще бъде количеството топлина в килокалории.

Ако съществува необходимост от прехвърляне на топлинна енергия от едно физическо тяло в друго и искате да откриете евентуални загуби, то трябва да умножите масата на топлината на дадено вещество до температурата на покачването и след това да разберете продукта на получената стойност чрез "специфичната топлина" на веществото.

Топлинна енергия и топлопренос.

Топлинна енергия и топлопренос.

Трансферът на топлината е физическият процес на пренос на топлинна енергия

от по-горещо тяло до по-студено или директно (с

контакт) или чрез разделяща (телесна или средна) дяла от

всеки материал. Когато физическите тела на една система са различни

пренос на топлина или пренос на топлина

от едно тяло на друго преди началото на термодинамичното равновесие. Топлинната енергия е форма на енергия, свързана с движението на атомите,

молекули или други частици, които съставляват тялото.Термалната енергия е енергията на механичните вибрации на структурните елементи на дадено вещество (било то атоми, молекули или заредени частици). Топлинната енергия на тялото се нарича вътрешна

енергия. Топлинната енергия може да се генерира от химични реакции.

(изгаряне), ядрени реакции (ядрено делене, ядрен синтез),

механични взаимодействия (триене).

Работа в термични системи.

Механичната работа е продукт на сила над разстояние.

W = F * L, 1 джаул = 1 Нютон х 1 метър. Работата е всяко взаимодействие, което не е термично. Работата е такова взаимодействие между системата и околната среда, чийто единствен резултат е или би могъл да бъде

изглежда, че повдигат товари в системата или в околната среда

(дефиницията на работата, направена от професор Йосия Уилард

Гибс през 1873 г.).

4. Термодинамика. Определение и съдържание.

Терминът "термодинамика" за пръв път се появи в статията на В. Томсън в

1854 Томсън пише "термодинамика", преведена като "топлина

работи. " Исторически погледнато, термодинамиката възниква като наука, която изследва прехода

топлината в механичната работа, която беше продиктувана, преди всичко,

необходимостта да се даде теоретична основа за работата на топлинните двигатели. Характерна особеност на термодинамиката е отчитането на процесите, протичащи в природата от гледна точка на енергийните трансформации в тези процеси.

Термодинамични параметри.

Всяко тяло или група тела, състоящи се от много частици, се нарича

макроскопична система. Състоянието на системата зависи от вътрешния и

външни фактори. Стойностите уникално определени от задачата на тези

параметрите се наричат ​​държавни функции. Термодинамичните параметри предполагат физически количества, характеризиращи макроскопичното състояние на телата. Термодинамичните параметри могат да бъдат разделени на количества, които имат както термодинамично, така и механично значение (обем, налягане, енергия) и количества, които имат само статичен смисъл

(Температура). Температурата е една от основните понятия, които не играят важна роля

само в термодинамиката, но и във физиката като цяло. Температурата на тялото е

измерване на неговата топлина. Налягането се определя като сила, действаща на единица площ. Съществува връзка между налягането и кинетичната енергия на топлината

движението на веществените молекули. Специфичен обем, като температура и налягане, е

термодинамичен параметър характеризиращ макроскопските свойства на телата Моларен обем: V = M * v. М е молекулното тегло.

Термодинамична система.

Тялото или тялото от всякакъв физико-химичен характер,

напълно характеризирано с редица независими макроскопични параметри, наречени термодинамична система. Най-простата термодинамична система е газ, характеризиращ се с налягане р, обем V и температура Т. Пример за по-сложна термодинамична система е газ, който е в равновесие с течност в затворен съд. Още по-сложна термодинамична система би била например система, състояща се от течност, пара и твърдо тяло в равновесие. Термодинамичните системи могат да бъдат напълно или частично изолирани.

Термодинамичен процес и термодинамично равновесие.

Всяка промяна в термодинамичната система, свързана с промяна в поне един от нейните термодинамични параметри, се нарича термодинамичен процес. Макроскопичната система е в термодинамично равновесие, ако нейното състояние не се променя с течение на времето. Предполага се, че външните условия на разглежданата система остават непроменени. При термодинамичното равновесие температурата и налягането във всички части на системите имат същата стойност. Термодинамичното равновесие е една от формите на топлинното движение на материята.

Идеални и реални газове.

Преобразуването на топлината в механична работа в термични инсталации става с участието на работната течност, която е газ или пара. Газовете, които се срещат на практика, се наричат ​​реални. Молекулите на тези газове имат ограничен обем, между тях има атрактивни сили, които оказват значително влияние върху техните параметри. Молекулите на газ, заграден в съда, са в непрекъснато хаотично движение. За улеснение на изучаването на свойствата на газообразен работен флуид е въведена идеята за идеален газ. Идеалният е въображаем газ, в който молекулите се разглеждат като материални точки (с маса, но не

с обем), между които няма сили за взаимодействие. При големи обеми и ниски налягания, когато разстоянието между молекулите е многократно по-голямо от вътрешните размери на молекулите, а също и при високи температури, когато интензитетът на хаотичното движение на молекулите е голям и молекулите взаимодействат слабо помежду си, създават се условия, да се считат за перфектни.

Основните параметри на работното тяло.

Най-важните параметри, характеризиращи газообразните

вещества, са налягането, температурата и специфичният обем. тези

параметрите са взаимосвързани и знанията на два от тях ви позволяват да дефинирате

третата. Налягане. В резултат на хаотичното движение на газовата молекула

систематично удари стените на затворения съд. Общият

натиска на всички поразителни молекули определя налягането на газа по стените

плавателен съд. Налягането на газа се измерва със същите инструменти и в едни и същи единици.

(Pa) като налягането на течността. Температура. Средната кинетична енергия на хаотичното движение на молекулите характеризира температурата на газа. Колкото по-силно се движат молекулите му, толкова по-голяма е кинетичната енергия на хаотичното движение, толкова по-висока е температурата. В международната система (SI), Kelvin (K) се приема като единица температура. Тройната точка на водата е температурата, при която всички три фази на дадено вещество (твърдо, течно и газообразно) са в равновесие.

Закона Авагадро.

Законът за идеалните газове на "Авогадро" е този: всичко

газовете при същото налягане и температура съдържат равни обеми

същия брой молекули. От този закон следва, че масите на два еднакви обеми от различни газове с молекулни маси μ1 и μ2 са равни съответно на M1 = m1 N и M2 = m2 N, където m1 и m2 са съответно масата на една молекула от въпросните газове; N е броят на молекулите в разглеждания обем. Масите на молекулите са пропорционални на молекулните маси: m1 = zμ1; m2 = zμ2, където z е коефициентът на пропорционалност, тогава М1 = zNμ1 и М2 = zNμ2.

Уравнението на състоянието на идеален газ.

pV / T = R = const, където R е газова константа. За 1 kmol газ уравнението има формата, pV∞ = R0 T. R0 = 8.31 10/3 (J kmol ⋅ K). За произволна маса газ M с молекулна маса μ, изразът: pV∞ = R0T; pV = M / ∞ * R0T, където V е обемът, заеман от M kg газ; M / μ е броят на kmol газ. Полученото уравнение може да бъде написано и във формата: pV = MRT.

Първият закон на термодинамиката.

Първият закон на термодинамиката е законът за опазването и

преобразуване на енергия за термодинамични системи. Той задава

- количествено отношение между промените във вътрешната енергия на системата и -

външни влияния върху него. Има много различни видове енергия (електрическа, кинетична, вътрешна и т.н.), които се различават качествено между тях

от самия себе си. Енергията от даден тип в резултат на взаимодействието на телата може да трансформира или трансферира всеки друг вид енергия, а в изолирана система сумата от всички видове енергия е постоянна стойност. Енергията на изолирана система не се променя с процесите, които се случват в системата; енергията не се унищожава и не се създава (закона за опазване и преобразуване на енергията). Въз основа на закона за опазване и преобразуване на енергията могат да бъдат установени точни количествени връзки между отделните видове енергия.

Термодинамичен процес.

Последователността на промените в термодинамичното състояние

системите се наричат ​​термодинамични процеси. Той придружава в

общо с промяна на всички или част от параметрите на газовата система. Когато газ преминава от едно състояние в друго с ограничена скорост, равновесието на газовите параметри в различните части на системата не се наблюдава и този процес не е равновесен. Равновесният процес може да бъде представен в правоъгълна координатна система като линия, т.е. набор от точки, всеки от които

представлява определено равновесно състояние на газа. Всичко

реални процеси, възникващи при крайна скорост, неравновесие и

тяхното графично представяне е условно. Термодинамичните процеси могат да бъдат обратими и необратими. Обратимият е процес на равновесие, който протича в посока напред и обратно през същата серия от състояния на равновесие, без да причинява промени в самия газ и в телата,

Неравновесните процеси са необратими. Всички актуални процеси, протичащи в топлинната техника, са практически необратими.

Работен газ.

Газът в съда има тенденция да се разширява с повишено налягане, т.е. да увеличава обема, който заема. Ако, въпреки обструктивните външни сили, газът се увеличи по обем, тогава газът трябваше да работи, за да преодолее тези сили. По същия начин при компресиране на газ в съд е необходимо да се работи за преодоляване на налягането на газа. За да се определи работата на компресиране или разширяване на газ, предполагам

че някакъв газ е в цилиндъра под буталото,

без триене, на която е приложена външна сила R. Ако налягането на газа е р и площта на напречното сечение на буталото е S, тогава налягането е равно на pS, а работата, извършвана от газа, е ΔL = p * S * Δh. Но продуктът на SΔh е елементарна промяна в обема ΔV, заеман от газа. Така: ΔL = pΔV. Работата за преодоляване на външните сили зависи не само от началните и крайните състояния, но и от пътя на процеса. Районът, ограничен от кривата p = f1 (V) и абсцисата V1 и V2 не е равен на областта, ограничена от кривата p = f2 ) и същите абсциси. Работата, извършвана от газ в тези процеси също не е равна. В SI, единицата на работа и енергия е джаул (J).

Вътрешна енергия на газа.

Газовите молекули имат кинетичната енергия на произволното движение и потенциалната енергия на взаимодействието. Сумата от вътрешните кинетични и потенциални енергии се нарича вътрешната енергия на газа U. Като цяло вътрешната енергия на газа е функция на неговото състояние. Когато газ преминава от състояние 1 с параметри (р1, V1, Т1) до състояние 2 с параметри (р2, V2, Т2), вътрешните промени на енергията от ΔU = U1 - U2, където U1 и U2 са съответно вътрешната енергия на газа в началните и крайните състояния, Промяната в енергията ΔU не зависи от характера на процеса, а зависи само от енергийните стойности в началното и крайното състояние.

Ентропия.

Ентропията е друг (с изключение на P, V, T) параметър, характеризиращ термодинамичната система. Концепцията за ентропията няма физическо значение, тя е официално въведена въз основа на математически съображения по отношение на идеалното

газ. Ентропията S е количество, изменението на което е в елементарното

процесът е равен на съотношението на елементарното количество топлина dq,

участващи в този процес, до постоянна температура Т. dq / T = ds. Промяната в ентропията на работния флуид, а не неговата абсолютна стойност в никакво състояние, характеризира количеството топлина, включено в термодинамичния процес.

Циркът на Карно.

От всички цикли, срещани в термодинамиката, така нареченият цикъл Carnot е от особено значение. Този идеален цикъл на топлинния двигател е предложен от френския инженер Сади Карно във връзка с изследването на работата на парните двигатели. За да се изгради цикъл на Carnot, този 1 кг идеален газ, взет като работен флуид, е в топлоизолиран цилиндър с подвижно бутало и работният флуид може периодично да комуникира с горещ безкраен източник на топлина с температура Т1, след това със студено безконечно тяло, T2 и действа като хладилник.

Свойства на водните пари.

Водната пара се използва изключително широко в хранително-вкусовата промишленост, главно като охлаждащо средство в топлообменниците и като работен флуид в парни инсталации. При високо налягане и относително ниска температура, използваната в тези термични устройства пара е близка до състоянието на течността, поради което е невъзможно да се пренебрегват адхезионните сили между молекулите и обема им, както в идеалните газове. Следователно не е възможно да се използва уравнението на състоянието на идеалните газове за определяне на параметрите на състоянието на водната пара, тоест за парата pv p RT. За практически изчисления зависимостта на параметрите

водна пара от температура и налягане в широк диапазон от температури (до 1273 К) и налягане (до 108 Pa), както и диаграми на водни пари, които ви позволяват бързо да определите параметрите си и да разрешите много термични проблеми. Енталпията е функция на състоянието на Х на термодинамичната система, равна на сумата от вътрешната енергия на системата U и произведението на налягането p на обема V на системата. Н = U + pV. При изобарния процес (p = const), нарастването на енталпията е равно на количеството топлина, предадено на системата.

28. Процес на изпаряване.

Течността може да се превърне в пара при изпаряване и кипене. Изпаряване е изпаряване, което се получава само от повърхността на течността и при всякаква температура. Скоростта на изпарение зависи от естеството на течността и от нейната температура. Изпарението на течност може да е пълно, ако е над течността.

неограничено пространство. Процесът на обръщане към изпаряване се нарича кондензация. Този процес на превръщане на парата в течност също се осъществява при постоянна температура, ако налягането остава постоянно. Водата в течно състояние на агрегиране е малко използваема като работен флуид за преобразуване на топлината в механична работа. Обикновено водата се превръща в пара в котли за парни котли при постоянно налягане. При увеличаване на налягането водата кипене при по-висока температура, обемът, заеман от него в момента на кипене, и ентропията също се увеличават. Парата, която е в динамично равновесие с флуида, от която е образувана, се нарича насищане или насищане. Наситената пара, която не съдържа влага при температура на насищане, се нарича суха наситена или суха пара. Парата, чиято температура и специфичен обем е по-голяма от суха, се нарича прегряване. То не насища пространството, в което се намира, поради това се нарича ненаситено.

Суха пара

Състоянието на суха наситена пара е изключително нестабилно, тъй като лекото отстраняване на топлината от нея при постоянно налягане се свързва с превръщането на сухата пара в мокра и леко притокът на топлина я превръща в прегрята пара. Специфичният обем на v''dry пара е функция на налягането v '' = f (p).

Мокро пара

Специфичният обем на влажната пара vx със степен на сухота X се определя, като се вземат предвид следните условия. Ако обемът на сухата пара е v "и в 1 kg мокра пара със степен на сухота X съдържа X части суха пара, тогава обемът, за който е зает, е v''X. Останалата част (1 - X) е заета от вода, обемът на който е равен на v '(1 - X), където v' е специфичният обем вода. По този начин, специфичният обем на мократа пара е vx = v "X + v" (1 - X). Суха топлина, необходима за получаване на 1 kg прегрята пара: qn = q '+ r + cpm * (Tn-Tn) q' е количеството (kJ) топлина; cpm е средният специфичен топлинен капацитет на прегрятата пара при постоянно налягане в температурния диапазон Tn... Tn; TP - температура на прегряване. Tn е температурата на насищане.

Топлопроводимост

Топлинната проводимост е молекулярно предаване на топлината в среда с неравномерно разпределение на температурата чрез топлинното движение на микрочастиците.В твърдите частици разпространението на топлина от по-горещите към по-малко загрятите части е възможно само чрез топлинна проводимост, тъй като по време на разпространението на топлината няма движение на крайните маси. Q = λS * Т1-Т2 / 5. λ е коефициентът на топлинна проводимост (W / (m · K). Коефициентът на топлинна проводимост λ зависи от материала на стената и нейната

температура. Опитът показва, че при стационарен поток количеството топлина Q, преминаващо през плоска стена за единица време, е пряко пропорционално на повърхностната площ на стената S, температурната разлика между повърхностите Т1 - Т2 и обратно пропорционална на дебелината на стената δ (формула на Фурие).

Трансфер на топлина чрез лъчение

Трансфер на топлина чрез лъчение - топлинно предаване, включително прехвърляне на вътрешната енергия на тялото (веществото) в радиационна енергия, пренос на радиация, преобразуване на радиационната енергия във вътрешна енергия на друго тяло (вещество) Всяко тяло, чиято температура е различна от абсолютната нула, излъчва електромагнитни вълни. От всички електромагнитни лъчи, инфрачервените и видимите лъчи с дължина на вълната от 0.4... 40 μm имат най-голям термичен ефект. Ако Q0 попада върху тялото за единица време

енергията Qr се отразява, Qd преминава през нея, Qa се абсорбира от него, тогава

Топлинният трансфер между телата зависи от тяхната форма и размер, както и от времето на процеса, както се случва в специфични пространствено-времеви условия. Други важни фактори са физическите свойства на телата и тяхното състояние на агрегиране.

Законът на Фурие.

Основният закон за топлопроводимостта, създаден от Фурие, потвърждава, че количеството топлина dQ (kJ), предавано чрез термична проводимост, е пропорционално на температурния градиент dt / dl, времето dτ и площта на напречното сечение dF, перпендикулярно на посоката

топлинният поток, dQ = -λ (dt / dl) dF * dτ, където λ е коефициентът на топлопроводимост на средата (kW / (m · K).

Пренос на топлина между две

Топлоизолация

За да се намалят загубите на топлина, много сгради, блокове и комуникации трябва да бъдат изолирани, покривайки стените им със слой от материал с ниска топлопроводимост (λ