1 Роль енергії в розвитку людства і енергетичні ресурси світу

Скачати 484.86 Kb.

Назва	1 Роль енергії в розвитку людства і енергетичні ресурси світу
Сторінка	2/3
Дата	17.03.2013
Розмір	484.86 Kb.
Тип	Документи

bibl.com.ua > Фізика > Документи

1 2 3

9. Теплопередача - незворотний процес

Робоче тіло в тепловому двигуні повинне одержувати тепло, щоб його температура підвищилася до максимуму, і віддавати тепло, щоб його температура понизилася до мінімуму Різниця між кількостями одержуваного й тепла, що віддає робочим тілом, являє собою роботу зроблену двигуном. Тому що на поверхні, через яку відбувається передача тепла, повинна існувати деяка різниця температур, пропорційна тепловому потоку, то робоче тіло ніколи не нагрівається до температури джерела тепла й ніколи не прохолоджується до температури навколишнього середовища. Отже, робота, яку можна одержати від гарячого робочого тіла, завжди менше розташовуваної роботи У відношенні, рівному відношенню цих різниць температур. Ця втрата розташовуваної роботи обумовлена необоротністю, присуди процесу тепловіддачі, і її можна безпосередньо обчислити Е виді приросту ентропії.

За другому початку термодинаміки у природі можливі процеси, при яких перетворення теплоти в роботу пов'язане з компенсацією, і неможливі процеси, при яких таке перетворення не супроводжується компенсацією. Це призводить до поділу всіх процесів в замкнутій системі на оборотні і необоротні. Процес же переходу системи із стану 1 в 2 називається необоротним, якщо зворотний перехід системи з 2 у не можна здійснити без змін в оточуючих тілах. При процесах з тертям робота може бути без компенсації перетворена в теплоту; оскільки зворотний перехід системи з кінцевого стану в початкове пов'язаний з переходом теплоти в роботу, а це неможливо здійснити без зміни в навколишніх тілах, то, отже, процеси з тертям незворотні.

Мірою незворотності процесу в замкнутій системі є зміна нової функції стану - ентропії, існування якої у рівноважної системи встановлює перше положення другого початку про неможливість вічного двигуна другого роду. Однозначність цієї функції стану призводить до того, що кожен незворотний процес є нерівноважним. Вірно і зворотне висновок: всякий нерівноважний процес незворотній, якщо на додаток до другого початку здійснюється досяжність будь-якого стану нерівноважної, коли воно досяжно з даного равновесно [вся сучасна практика підтверджує виконання цієї умови, а проте протилежне умова виконується не завжди].
В якості прикладів необоротних процесів наведемо такі:
1. Процес теплопередачі при кінцевій різниці температур, незворотній, оскільки зворотний перехід пов'язаний з відібранням певної кількості теплоти в холодного тіла, перетворенням його без компенсації (некомпенсованому) в роботу і витратою її на збільшення енергії нагрітого тіла. Незворотність цього процесу видно також з того, що він не є статичною.
2. Розширення газу в порожнечу необоротно, тому що при такому розширенні не відбувається робота, а стиснути газ так, щоб не зробити роботу, не можна. Вироблена ж при стисканні робота йде на нагрівання газу. Щоб газ не нагрівався, потрібно відняти у нього теплоту і перетворити її в роботу, що неможливо без компенсації.
3. Процес дифузії незворотній. Дійсно, якщо в посудині з двома різними газами, розділеними перегородкою, зняти перегородку, то кожен газ буде дифундувати в іншій.
Для розділення газів кожен з них потрібно стискати. Щоб вони не нагрівалися, необхідно відняти у них теплоту і перетворити її в роботу, що неможливо без зміни в навколишніх тілах.

10. Дроселювання - незворотний процес

Для керування процесами необхідно певним чином впливати на потоки рідин газів. Це можна здійснювати або ступінчастим регулюванням за допомогою позиційних регуляторів типу "включено - виключено", або неперервно з допомогою дросельних пристроїв.

Регулювання за схемою "включено - виключено" дуже рідко задовольняє поставлені вимоги, оскільки воно не дозволяє досягти стаціонарного режиму. Том; в більшості випадків регулювання здійснюється шляхом дроселювання.

Дроселювання супроводжується тертям, утворенням завихрювання та зменшенням тиску (розширенням), що, в свою чергу, не супроводжується відведенням енергії² ні у вигляді тепла, ні у вигляді роботи³.

Дроселювання здійснюється з мінімальними втратами енергії, які, в свою чергу, чинять руйнівний вплив на внутрішні поверхні дросельних пристроїв Оскільки при використанні дросельних пристроїв люди дуже часто ігнорують ці втрати, то питанню заощадження енергії відводиться другорядна роль. Така точка зору є помилковою.

Хоча дросельні пристрої безпосередньо не витрачають енергії, в них втрачається наявна робота , і, як наслідок, після проходження дросельних пристрої] енергія стає менш корисною. В результаті енергія витрачається намарно.

Під дроселюванням газу або пари розуміють процес проходження їх крізь місцеві перешкоді
(різні звуження каналу: діафрагми, дроселі, крани, засувки, клапани тощо), що зустрічаються на їх шлях}
внаслідок чого тиск газу за перешкодою падає, а питомий об'єм збільшується. [1]
Енергія (від грец. evepyoq - діяльний) — загальна кількісна міра руху і взаємодії всіх видів матерії
Енергія не виникає ні з чого і нікуди не зникає, вона може тільки переходити з одного вигляду в інший
(закон збереження енергії). Поняття енергії зв'язує всі явища природи в одне ціле. В системі СІ енергія
вимірюється в джоулях. Розрізняють енергію внутрішню і енергію у полі зовнішніх сил. Внутрішня енергія
дорівнює сумі кінетичної енергії руху молекул і потенціальної енергії взаємодії молекул між собою
Внутрішня енергія ізольованої системи є постійною.

Кінетична енергія — це та частина енергії фізичної системи, яку вона має завдяки руху. Потенціальна енергія — це робота по переміщенню частинки із точки для якої визначаєтьс. потенціальна енергія у якусь задану точку, потенціальна енергія якої приймається за нуль. [3]

Робота - величина, яка характеризує перетворення енергії з одного виду в інший, яке відбувається
в даній фізичній системі. [3]
Наявна робота характеризує максимально можливу роботу, що може виконати робоче тіло .
потоці і використовується на здійснення технічної роботи та зміну кінетичної і потенціальної енергії
потоку. [1]
Ентальпія - це повна енергія системи, позначається через Н. Термін ентальпія походить від,
грецького enthalpo - «нагріваю» і був уведений у 1909 р. X. Камерлінг-Оннесом. Ентальпія розширено
системи - це сума внутрішньої і потенціальної енергій, що зумовлена зовнішнім тиском. Одиницею
ентальпії є джоуль (Дж). [1]

Напрямки використання ВЕР

Ефективне використання енергетичних ресурсів ВЕР у світі складає 42%, виходячи з того, щокорисна енергія - це та, що підводиться до енерговикористовуючих агрегатів. Однак, у самих агрегатах рівень корисного використання енергії не перевищує в середньому 65%. Отже, повний ККД використання природних енергетичних ресурсів складає

Інші 3/4 втрачаються по ходу технологічного потоку: від добування до кінцевого використання.

У залежності від виду та параметрів ВЕР розрізняють чотири основних напрямки використання ВЕР.

Паливне - безпосереднє використання горючих ВЕР як палива.

Теплове - використання тепла, що отримуємо безпосередньо від ВЕР, або тепла, що виробляється за рахунок ВЕР в утилізаційних установках (котлах-утилізаторах)⁷.

Силове - використання механічної чи електричної енергії, що виробляється в утилізаційних установках за рахунок ВЕР.

Комбіноване - використання тепла й електричної (або механічної) енергії, що одночасно виробляється за рахунок ВЕР в утилізаційних установках (утилізаційних ТЕЦ) по теплофікаційному циклу. Напрям використання ВЕР залежить від величини, структури і режиму енергопостачання підприємства, а також від виду, параметрів і кількостей ВЕР, що утворюються, і в кожному конкретному випадку повинен вибиратися на основі розробки оптимального паливно-енергетичного балансу підприємства з урахуванням забезпечення найбільшої економічної ефективності (див.табл.1). Необхідно розрізняти горючі ВЕР, як відходи основних виробничих процесів, і горючі матеріали, одержані як основний продукт виробничого процесу, й які не є вторинними енергоресурсами. Такі основні продукти - це продукти нафтопереробки, вуглезбагачення, газопереробки. Спірним залишається питання, чи є вторинним енергоресурсом коксовий газ, оскільки можна вважати, що процес коксування вугілля дає 2 рівноправних (основних) продукти -кокс і коксовий газ.

Багато горючих ВЕР мають низьку теплоту згоряння (доменний газ, конвертерний газ, інші відходи) й є хімічно агресивні, що створює значні технічні труднощі їх утилізації¹¹. Є труднощі зі спалюванням і висококалорійних ВЕР (водень, абгази), що мають властивості легкозаймистості, вибухонебезпечності, токсичності тощо.

Для утилізації горючих ВЕР часто необхідне спеціальне обладнання, але основний шлях їх застосування - вишукування способів використання обладнання загальнопромислового призначення.

Теплові ВЕР - найпоширеніший вид ВЕР, їх утилізація проводиться практично повсюди, є значний досвід їх використання. Але в той же час утилізуються в основному високопотенціальні (високотемпературні) теплові ВЕР, значно менше - середньотемпературні. Низькотемпературні ВЕР майже не використовуються.

Основні технологічні агрегати - джерела ВЕР - промислові печі й інші нагрівальні апарати, в яких коефіцієнт використання енергоресурсів ще є низьким (до 50...60%). Навіть після впровадження заходів із підвищення ККД (встановлення повітренагрівачів, налагодження процесу горіння, усунення засмоктування холодного повітря тощо) температура вихідних газів у печах досягає сотень градусів, і їх теплота може та повинна утилізуватися. Ряд промислових технологічних високотемпературних процесів потребує охолодження або конструкцій або проміжних продуктів. Це тепло також може утилізуватися. Дуже багато є процесів, в яких виникають вторинні теплові ресурси у вигляді нагрітих продуктів, скидних вод різного теплового потенціалу й інших теплових відходів. Використання середньо- та низькопотенціальних теплових відходів ускладнюється відсутністю чи недостатньою кількістю споживачів тепла низького потенціалу, невідповідністю режимів виходу ВЕР і споживання, особливо сезонних, тому й утилізація їх у промисловості оцінюється в 5.. .10%.

Термодинаміка процесу стиснення в компресорах

Значна частина енергії¹, що споживається при очистці нафти і хімічній переробці, витрачається на приведення в дію компресорів, що забезпечують стислими газами реактори і забезпечують охолоджування або транспортування газоподібних продуктів. Оскільки на стиснення газів зазвичай витрачається механічна енергія, її економія має особливе значення. Єдиними компресорами, не споживаючими механічної енергії, є ежектори, що створюють розрідження або забезпечують невисоке стиснення пари. Вони, використовуються як компресори і працюють за рахунок енергії пари.

Термодинамічні принципи стиснення однакові для компресорів всіх типів, у тому числі і пароструминних ежекторів².

турбокомпресори, знаходять широке застосування для стиснення великих об'ємів газів. Системи регулювання повинні спеціально розроблятися для кожної установки з метою зведення до мінімуму споживання енергії, а також захисту компресора і його приводу від несприятливих робочих умов. Ці системи можуть виявитися досить складними при великому числі компресорів або при великому числі потоків від одного багатоступінчатого компресора.

З метою визначення параметрів процесу і оцінки коефіцієнтів корисної дії спочатку розглядається стиснення ідеального газу . Отримані співвідношення застосовуються потім до реальних газів і газових сумішей.

4.1.1. Адіабатичне стиснення ідеального газу

У разі ізотермічного стиснення ідеального газу добуток тиску на об'єм однаковий в початковому і кінцевому станах

де р - абсолютний тиск, Q - об'ємна витрата, G - масова витрата, R - універсальна газова стала, Т - абсолютна температура, М - молекулярна маса газу. Проте в більшості компресорів ізотермічні умови⁵ не можна підтримувати через відсутність достатньої поверхні теплообміну: вірогідніше наближення до адіабатичних умов. Якщо процес стиснення є оборотним (політропним), то показник ступеня в рівнянні, що зв'язує об'єм і тиск зростає від одиниці (у ізотермічних умовах) до величини, рівної відношенню питомих теплоємностей газу:

- відношення питомої теплоємності при постійному тиску до питомої

теплоємності⁶ при постійному об'ємі. Відношення абсолютних температур газів, що нагнітаються, і всмоктуваного пов'язане зі ступенем стиснення співвідношенням:

При

адіабатичному⁷ стисненні майже вся енергія, що підводиться,

витрачається на збільшення ентальпії рідини навіть в необоротному процесі. Нехай W - потужність, що підводиться до потоку, a G - масова витрата рідини. Тоді:

де С - питома теплоємність рідини і Т - її температура. Потужність, що підводиться, можна також представити як відношення добутку масової витрати і «адіабатичного тиску» на

- параметр, зазвичай використовуваного виготовлювачами

компресорів:

де адіабатичний ККД

, показуєна те, що не вся потужність⁹ перетвориться в тиск.

Якщо витрата виражається в кг/с і натиск в кДж/кг, то потужність матиме розмірність кВт.

Адіабатичний тиск можна розрахувати за підвищенням температури:

Ентальпія ідеального газу не залежить від тиску, і, отже, питома теплоємність в рівняннях (4.4) і (4.6) представляє питому теплоємність при постійному тиску С_р.

При підвищеннях температури, які зазвичай мають місце в процесі стиснення, С_р

можна вважати постійною величиною, і в цьому випадку рівняння (4.6) приймає вигляд:

Використовуючи співвідношення

і замінюючи відношення температур відношенням тиску, згідно з рівнянням (4.3), адіабатичний тиск можна виразити через степінь стиснення р₂ /р₁ при ККД, рівному 100%

У табл. 4.1 (для звичайних газів) наведені значення молекулярної маси і функцій у і φ. Для парафінового ряду та їх сумішей існує достатньо характерна залежність між цими функціями і молекулярною масою.

1 2 3

Схожі:

Закони Кірхгофа Одержання, передача і розподіл електричної енергії, перетворення її в інші види енергії зв'язано з явищем електричного струму. Ці...	Бесіда Вогонь друг і ворог Мета: визначити роль вогню у забезпеченні виживання та розвитку людства. Вогонь як символ. Сучасні напрямки використання теплової...
ЖИТТЯ ЛЮДЕЙ ЗА ПЕРВІСНИХ ЧАСІВ Періодизація історії людства. Своєрідність епохи стародавнього світу як першого періоду в історії людства. Історичні джерела. Відлік...	Рекреаційні ресурси світу Рекреаційні ресурси це сукупність об'єктів і явища природного і антропогенного походження, що сприяють відпочинку, оздоровленню та...
Уроки розвитку мовлення Вступ. Література і фольклор — скарбниця духовних багатств людства. Роль книги в сучасному житті. ТЛ. Світова література	З досвіду роботи вчителя німецької мови колегіуму «Берегиня» Симоненко І. М Письмо є потужним фактором прискореного розвитку людства, тому йому належить визначна роль на зламі тисячоліть створювати та зберігати...
1. Грунтові ресурси світу. Грунтові ресурси України Тема Фітоценоз як компонент біогеоценозу Грунт — основний компонент наземних екосистем, що утворився протягом геологічних епох в результаті постійної взаємодії біотичних...	Пресове повідомлення для негайного поміщення Мюнхені, в одній з найважливіших культурних і наукових метрополій світу. Тим самим постає питання, яку роль відіграє Університет...
Етапи історичного розвитку управління персоналом Розкрийте сутність понять: "управління персоналом", "трудові ресурси", "трудовий колектив", "персонал", "кадри", "людські ресурси",...	Тема: Глобальні проблеми людства Нанесіть на контурну карту світу основні райони, де продовжується зростання площі пустель

Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання