Техническая термодинамика

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вопрос№1. ПЗТ: изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты переданного системе: дельтаU=Q+A. Если система замкнута то есть над ней совершается работа (А=0) и она не обменивается теплотой с окружающими телами (Q=0). То в этом случае согласно первому закону термодинамики дельта U=0 (U₁=U₂). Внутренняя энергия изолированной системы остаётся неизменной.

Вопрос№2 Совокупность рассматриваемых тел, обменивающихся энергией как между собой, так и с другими (внешними) телами, называется термодинамической системой (ТДС). Состояние тдс определяется совокупностью значений всех величин, характеризующих физические свойства системы и называемых её термодинамическими параметрами. Равновесие состояния тдс можно задать с помощью ограниченного числа её термодинамических параметров, которые называются параметрами системы. Между основными параметрами системы существует связь, называемая уравнением состояния (уравнение Менделеева-Клайперона) идеального газа имеет вид

pV=(m/м)RT=нRT

Где m-масса газа, м-молярная масса газа, р- давление газа, V- объём газа, R- универсальная газовая постоянная, н- число молей газа, Т- температура по шкале Кельвина.

Вопрос №3.Термодинамический процесс идеальных газов в закрытых системах называется изохорным, совершается в геометрически замкнутых сосудах при нагревании или охлаждении газа. При нагревании газа давление и температура возрастают, а при охлаждении - понижаются. Связь между параметрами находят из уравнения для начального и конечного состояния газа: p₁н=RT₁; p₂н=RT₂. В изохорном процессе давление газа изменяется прямо пропорционально его абсолютной температуре. Вся подведённая ( или отведённая ) теплота в изохорном процессе идет на увеличение ( или уменьшение ) внутренней энергии. Для определения количества теплоты необходимого для изохорного процесса в котором участвуют Кг., или М³ газа, используется формула

Q_V=Gc _vm (T₂-T₁)= Vc _vm (T₂ - T₁)

Вопрос №4 Влажный воздух - смесь сухого воздуха с водяным паром. Влажный воздух может быть : 1) перенасыщенный влажный воздух - смесь сухого воздуха и влажного водяного пара( туман); 2) насыщенный влажный воздух - смесь воздуха и сухого насыщенного водяного пара; 3)ненасыщенный влажный воздух - смесь сухого воздуха и перегретого водяного пара. Уравнение Клайперона- Менделеева влажный воздух PV=MRT где V-обьём влажного воздуха м³, М - масса кг, R- газовая постоянная, Т- абсолютная температура В/В. Давление влажного воздуха определяется по закону дальтона Р=Рв+Рп где: Рв - парциальное давление сухого пара кПа, Рп - парциальное давление водяного пара кПа. Абсолютная влажность воздуха- количество водяного пара содержащегося в 1м³ влажного воздуха (с_П). Относительная влажность- отношение абсолютной влажности воздуха в данном состоянии к абсолютной влажности насыщенного воздуха при той же температуре (ц).

Вопрос №5. Т-S диаграмма водяного пара с помощью которой можно определить количество теплоты затрачиваемой на осуществление термодинамического процесса. Для этого процесс изображается в координатах T-s, в которых на оси абсцисс откладывают энтропию (физическая величина, изменение которой происходит при обмене энергией в формате теплоты в равновесных процессах, измеряется в Дж/кгК) s, а по оси ординат - абсолютную температуру Т.

Вопрос №6 Н - s диграмма теплофизических свойств жидкости и газа ( в основном вода и водяной пар), показывающая характер изменения различных свойств, в зависимости от параметров состояния. Диаграмма служит для упрощения решения практических задач по теплотехнике. Изображается в координатах S - энтропия( физическая величина, изменения которой происходит при обмене энергией в формате теплоты в равновесных процессах, измеряется Дж/кгК) откладывается на оси абсцисс, h - энтальпия (тепловая функция и теплосодержание - термодинамический потенциал , характеризующий состояние системы в термодинамическом равновесии измеряется Дж/кг) откладывается по оси ординат.

Вопрос №7 h-d - диаграмма для влажного воздуха применяется в расчётах систем кондиционирования, сушки, вентиляции и отопления. В диаграмме по оси абсцисс откладывается влагосодержание d (г/кг) сухого воздуха, а по оси ординат- удельная энтальпия ( тепловая функция и теплосодержание - термодинамический потенциал, характеризующий состояние системы в термодинамическом равновесии ) сухого воздуха h, кДж/кг сухого воздуха.

Вопрос №8 паротурбинная установка (ПТУ) является основой современных тепловых и атомных электростанций. Рабочим телом в таких установках является пар какой либо жидкости (водяной пар). Основным циклом в ПТУ является цикл Ренкина. Принципиальная схема ПТУ процесс получения работы: в паровом котле и перегревателе теплота горения топлива передаётся воде. Полученный пар поступает в турбину, где происходит преобразование теплоты в механическую работу, а затем в эл.энергию в электрогенераторе. Обратный пар поступает в конденсатор, где отдаёт теплоту охлаждающей воде . полученный конденсат насосом отправляется в питательный бак, откуда питательным насосом сжимается до давления, равного в котле, и подаётся через подогреватель в паровой котёл. Цикл Ренкина на перегретом паре применяется для увеличения термического КПД цикла ПТУ. Для этого перед турбиной ставят перегреватель который увеличивает температуру и давление пара. При этом возрастает средняя температура подвода теплоты в цикле.

Вопрос №9 тепловой, воздушный и влажностный режим помещения объединяются в одно понятие «микроклимат помещения» основное требование к микроклимату - поддержание благоприятных условий для людей находящихся в помещении. Для нормальной жизнедеятельности и самочувствия человека должен быть тепловой баланс между теплотой, вырабатываемой организмом, и теплотой, отдаваемой в окружающую среду. Интенсивность теплоотдачи человека зависит от микроклимата помещения: температура воздуха, радиационная температура, скорость движения и относительная влажность воздуха. Сочетание этих условий называется комфортностью. Комфортность характеризуется двумя условиями комфортности: 1) человек находящийся в помещении не испытывает ни перегрева, ни переохлаждения( для спокойного состояния человека t=21-23 С⁰, лёгкая работа 19-21, тяжёлая 14-16). 2)допустимые температуры нагретых и охлаждённых поверхностей при нахождении человека в близи их, потолок и стены могут быть нагреты до допустимой температуры t^доп_нагр<19,2+8,7/ц или охлаждены до t^доп_охл>23-5/ц, где ц- коэффициент облучённости от поверхности площадки на голове человека в сторону нагретой или охлаждённой поверхности.

Вопрос №10 Теплозащитные качества ограждения принято характеризовать двумя показателями: 1) величиной сопротивления теплопередаче R_о, которая численно равна падению температуры в градусах при прохождении теплового потока, равного 1Вт,через 1м² ограждения, и 2) теплоустойчивостью, которую оценивают по величине характеристики тепловой инерции ограждения. Правильно подобранный материал и конструкция ограждения обеспечит хороший микроклимат и экономичность постройки и эксплуатации здания. Расчёт наружного ограждения здания производится по формуле R_o=R_В+R_K+R_H где, R_В - сопротивление теплоотдаче внутренней поверхности, R_Н - сопротивление теплоотдаче наружной поверхности, R_К- термическое сопротивление ограждающей конструкции.

Процессы передачи тепла, фильтрации воздуха и переноса влаги взаимосвязаны, одно явление оказывает влияние на другое, поэтому расчёт - тепло- воздухо- и влагопередаче нужно проводить как общий расчёт защитных свойств и наружных ограждений здания.

Вопрос №11 Машины применяемые для сжатия и перемещения газа (воздуха, пара), называются компрессорами. Устройство простого одноступенчатого компрессора 1)цилиндр, 2) поршень, 3) впускной клапан, 4) выпускной клапан, 5) система охлаждения цилиндра, 6) кривошипно шатунный механизм. Ход поршня из верхней мёртвой точки (ВМТ) к нижней мёртвой точке (НМТ) в цилиндр засасывается газ(воздух), который при обратном ходе поршня сначала сжимается до определённого давления отрегулированного на клапане, а потом выталкивается в газосборник . процессы впуска и выпуска газа(воздуха) не являются термодинамическими то есть идут с неизменными термодинамическими параметрами (меняется лишь масса газа в целиндре). Эта система не является замкнутой. Термодинамический процесс происходит лишь при сжатии газа(воздуха).

Вопрос №12 Для достижения значительных давлений газа в компрессорах применяют многоступенчатое сжатие. Газ после первой ступени поступает в промежуточный холодильник, затем сжимается во второй ступени, охлаждается и т.д. термодинамические процессы сжатия в отдельных цилиндрах носят одинаковый характер, поэтому многоступенчатый компрессор можно рассматривать как несколько одноступенчатых компрессоров, работающих последовательно. При многоступенчатом сжатии достигается экономия мощности по сравнению с одноступенчатым сжатием, однако усложняется конструкция компрессора. Устройство : 1) корпус; 2) поршни; 3) всасывающий и нагнетательный клапана;4) шатуны; 5)коленчатый вал; 6)цилиндры ступеней; 7)холодильник.

Вопрос №13 Коэффициент теплопроводности (л) является важной теплофизической характеристикой вещества, чем больше (л), тем большей теплопроводностью обладает вещество. Коеф. теплопроводности зависит от природы вещества, его структуры, влажности, наличия примесей, температуры и др. факторов. В практических расчётах коэф. теплопроводности строительных материалов принимают по СН и П !!-3-79. В однослойной плоской стене если коэф.теплорроводности постоянен, теплота распространяется равномерно в одном направлении, температура с наружи ниже чем изнутри то, температурное поле в стенке будет одномерным и плоским, параллельным поверхностям поверхностя стенки. Температура потока тепла меняется и зависит только от толщины стенки. Термическое сопротивление стенки определяется д/л=R. Зная поверхностную плотность теплового потока(q), можно определить общее количество теплоты, переданной за 1ч. через стенки поверхности F,по формуле Q=qF. Общее количество теплоты, переданное через однослойную плоскую стенку, пропорционально поверхностной плотности теплового потока и площади поверхности стенки.

Вопрос №14 коэффициент теплопроводности (л) является важной теплофизической характеристикой вещества, чем больше этот коэффициент, тем большей теплопроводностью обладает вещество. Коэф.тепловроводности зависит от природы вещества, его структуры, влажности, наличия примесей, температуры и др.факторов. В практических расчётах коэф. теплопроводности строительных материалов принимают по СН и П !!-3-79. В многослойны стенках состоящих из нескольких слоёв, плотно прилегающих друг к другу каждый слой имеет свою толщину и коэффициент теплопроводности. При стационарном режими тепловые потоки, переходящие через каждый слой стенки одинаковы. q=л₁/д₁(t₁-t₂); q=л₂/д₂(t₂-t₃); и так далее. Для построения температурного поля многослойной стенки необходимо знать температуру на поверхности каждого слоя в отдельности. (формула 2.19). Тепловой поток Q , Вт, через многослойную плоскую стенку определяется по формуле (2.20).

Вопрос №15 конвективный теплообмен - процесс переноса тепла, происходящий в движущихся текущих средах (жидкостях либо газах ) и обусловленный совместным действием двух механизмов переноса тепла - 1) конвективного процесса и теплопроводностью. Осуществляется за счёт перемещения текучей среды из области с более высокой температурой в область с меньшей температурой, а также за счёт теплового движения микрочастиц и обмена кинетической энергией между ними. Зависит от характера движения и режима(ламинарное, турбулентное) жидкости, направление скорости и скоростей в потоке. Формула Ньютона Q=б_KF(t_Ж-t_C), где б_К- коэф. пропорциональности, коэф. теплоотдачи; t_Ж- температура теплоносителя; t_С- температура поверхности стенки; F- поверхность соприкосновения теплоносителя со стенкой м²; Q,Вт- тепловой поток . Зак. Ньютона-Рихмана гласит, количество теплоты передаваемая конвективным теплообменом прямо пропорционально разности температур поверхности тела и окружающей среды.

Вопрос №16 Тепловое излучение - электромагнитное излучение со сплошным спектром, испускаемое нагретыми телами за счёт их внутренней энергии. Один из трёх видов переноса тепловой энергии (помимо теплопроводности и конвекции). Закон Стефана - Больцмана определяет зависимость мощности излучения абсолютно чёрного тела от его температуры . Мощность излучения абсолютно чёрного тела прямо пропорциональна площади поверхности и четвёртой степени температуры тела: Р=SеуФ⁴, где S-площадь; у- постоянная Стефана- Больцмана; Р-мощность излучения; Т- температура в кельвинах; е- степень черноты (для всех веществ е<1, для абсолютно чёрного тела е=1).

Вопрос №17 передача теплоты теплопроводностью связана с наличием разности температур тела. Совокупность значений температур всех точек тела в данный момент времени называется температурным полем. В общем случае уравнение поля имеет вид: t=f(x,y,z,ф), где t- температура тела; x,y,z- координаты точки; ф- время. Такое температурное поле называется не стационарным. Основной закон теплопроводности или закон Фурье гласит количество тепла передаваемое посредствам теплопроводности через элемент поверхности, перпендикулярный тепловому потоку, за время прям о пропорционально температурному градиенту, поверхности и времени. Коэффициент теплопроводности является физическим параметром вещества, характеризующим его способность проводить теплоту. Коэффициент теплопроводности равен количеству теплоты, проходящему в единицу времени через единицу изотермической поверхности. Значение коэффициента теплопроводности для различных веществ определяется из справочных таблиц, построенных на основании экспериментальных данных .

Вопрос №18: назначение и схемное решение теплообменных аппаратов. Теплообменные аппараты- устройства для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. В качестве теплоносителей в ни используют пар, горячую воду, дымовые газы и др.тела. По принципу действия и конструктивному оформлению делятся: 1)рекуперативные - теплопередача в них происходит от греющего теплоносителя к нагреваемому через разделяющую и твёрдую стенку, напр.стенка трубы. Процесс теплообмена происходит при стационарном режиме. Рекуперативные теплообменники (котлы, водонагреватели, приборы центрального отопления). 2)Регенеративные - теплообмен происходит в нестационарном режиме, поверхность нагрева специальная насадка кирпич, метал и др. материал. Теплота аккумулируется , а затем отдаётся нагреваемому теплоносителю (стеклоплавильные печи, отопительные печи). 3) Смесительные - теплообмен происходит при непосредственном соприкосновении и перемешивании теплоносителей (башенные охладители, контактные водонагреватели). Тепловые расчёты делятся :1) проектные и 2) поверочные. 1- проектные (конструктивные) для проектирования новы аппаратов и определения поверхности нагрева; 2- поверочные расчёты для определения передаточной теплоты и конечные температуры теплоносителей. Формула (2.55).

Вопрос №19: под газовыми смесями понимается смесь отдельны газов, не вступающих между собой ни в какие химические реакции. Каждый газ (компонент) в смеси независимо от других газов полностью сохраняет все свои свойства и ведёт себя так , как если бы он один занимал весь объём смеси. Газовая смесь подчиняется закону Дальтона: общее давление смеси равно сумме пропорциональных давлений отдельных газов, составляющих смесь.

Р=Р₁+Р₂+Р₃+ …….Р_П

где Р_{П -} парциальные давления.

Вопрос №20: в основе работы любого кондиционера лежит свойство жидкостей поглощать тепло при испарении и выделять его при конденсации. Устройство : 1)конденсатор; 2)терморегулирующий вентиль; 3) испаритель; 4)компрессор. Компрессор и испаритель соединены тонкостенными трубками и образуют холодильный контур, внутри которого циркулирует хладагент. В компрессор из испарителя поступает газообразный хладагент под низким давлением, где сжимается до 15-25 атмосфер, в результате чего хладагент нагревается до 70-90⁰С и поступает в конденсатор. В конденсаторе благодаря обдуву хладагент остывает и переходит из газообразной в фазы в жидкую выделяя тепло, воздух проходящий через конденсатор нагревается. Из конденсатора тёплый хладагент попадает в терморегулирующий вентиль (ТРВ). После ТРВ смесь жидкого и газообразного хладагента с низким давлением поступает в испаритель, где жидкий хладагент переходит в газообразную фазу с поглощением тепла, воздух проходящий через испаритель остывает, температура в помещении понижается. Далее хладагент поступает на вход в компрессор и весь цикл повторяется.

Вопрос №21: система отопления - комплекс элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи тепла в обогреваемые помещения. Состоит из трёх основных элементов: 1)теплогенератор (служит для производства тепла); 2)теплопровод (для транспортировки тепла от теплогенератора до отопительных приборов); 3) отопительный прибор ( передаёт теплоту окружающей среде). Системы отопления бывают трёх видов: водяной, воздушный и паровой. Классифицируются по четырём основным видам 1. По взаимному расположению основных элементов сис тем отопления: а) местный- три основные элемента отопления объединены в одно устройство и установлены в одном обогреваемом помещении; б) центральное - предназначено для отопления нескольких помещений из одного теплогенератора, в таки системах теплота вырабатывается за пределами помещений. 2) По виду теплоносителя :водяные, паровые, воздушные, комбинированные. 3)По способу циркуляции теплоносителя: а) естественная циркуляция за счёт разности температур холодного и горячего теплоносителя; в) искусственная циркуляция за счёт работы насоса. 4) по параметрам теплоносителя: а) водяные с низкой и высокой температурой; б)паровые системы низкого давления, высокого давления и вакуум-паровые.

Вопрос №22:классификация систем водяного отопления проводится по следующим основным признакам : 1) по способу создания циркуляции воды : а)естественная (гравитационная ); б)искусственная ( за счёт насоса); 2) по схеме включения отопительных приборов в стояк или ветвь: а)однотрубные (горячая вода подводится прибору отопления а холодная отводится по одной и то же трубе); б) двухтрубные ( горячая вода к отопительному прибору подводится, а холодная отводится по разным трубам). 3) по направлению объединения отопительных приборов: а) вертикальные (когда к одному стояку-теплопроводу последовательно подцепляются отопительные приборы расположенные каждый на разных этажах); б) горизонтальные ( к общей горизонтальной ветви присоединяются приборы, находящиеся на одном этаже). 4) по месту расположения подающих и обратных магистралей: а) верхнее расположение (по чердаку, под потолком верхнего этажа); б) нижнее ( по подвалу, над полом первого этажа, в подвальных каналах). 5) по направлению движения воды в подающих и обратных магистралях: а) тупиковые (горячая и охлаждённая вода движется в разных направлениях); б) попутное движение (когда направление воды в подающей и обратной магистралях совпадают).

Вопрос №23: отопительные приборы являются основным элементом системы отопления и должны отвечать требованиям: 1.Теплотнхнические- должны хорошо передавать теплоту от теплоносителя отапливаемым помещениям . 2. Санитарно-гигиенические: форма, конструкция и вид поверхности не должна скапливать пыль, и позволять её легко удалять. 3. Технико-экономические: минимальная стоимость, минимальный расход материала, технология массового производства, секционность (позволяет компоновать нужной площадью). 4) архитектурно-строительные : эстетика, малая занимаемая площадь. 5) монтажные : необходимость повышения производительности труда при изготовлении и процесса автоматизации при монтаже, прочность конструкции для транспортировки и монтажа, паро- и водонепроницаемость, температуроустойчивость. Основные виды ОП делятся : по преобладающему способу теплоотдачи - подвесные панели, приборы с гладкой внешней поверхностью, с ребристой поверхностью и ребристые трубы; по виду материала- металлические ( чугунные, из листовой стали и стальных труб), комбинированные и неметаллические ( керамические, бетонные панели с заделанными стеклянными или пластмассовыми трубами или с пустотами); по характеру внешней поверхности - гладкие ( радиаторы, панели, гладкотрубные приборы), ребристые (конвекторы, ребристые трубы, калориферы).

Вопрос№24: условия жизни человека требуют эффективных искусственных средств оздоровления воздушной среды. Этой цели служит техника вентиляции. Вентиляционная система состоит из множества элементов, основные из них : 1) защитная решётка; 2) обратный клапан; 3) фильтр; 4)подогреватель воздуха; 5) вентилятор; 6) глушитель шума; 7) сеть воздуховодов; приточно-вытяжная решётка. Системы вентиляции делятся на вытяжные и приточные. Подразделяются на разные способы устройства: 1) по способу перемещения воздуха а) естественный (организованный и неорганизованный), б) механический или искусственный; 2)по способу организации воздухообмена ( общеобменная, местная, смешанная, аварийная, противодымная); 3) по назначению а)вытяжные (удаляют загрязнённый воздух) , приточные ( подают подогретый воздух в холодное время). Задача аэродинамического расчёта- определить суммарную величину потери давления воздуха во всех элементах СВ. основные параметры для аэродинамического расчёта: r- плотность рабочего тела; v- скорость движения рабочего тела; х - коэффициент местного сопротивления; DP- потеря давления. Формула

DP=x*r*v2/2

Вопрос №25:обработка приточного воздуха осуществляется приточными устройствами. Приточная установка по конструкции похожа на кондиционер, но с другим более упрощённым набором секций обработки воздуха. Приточный воздух можно обрабатывать и центральным кондиционером. Приточный воздух можно подавать не 100%, а подмешивать его с забираемым из помещений, и обратно подавать его в систему вентиляции. Основным источником шума и вибрации в механических системах вентиляции является ветиляторная установка, при работе которой возникают два вида шумов: аэродинамический (образуется вследствие вихреобразования у лопастей колеса и кожуха вентилятора); механические ( образуются от вибрации работе вентилятора). Для борьбы с шумом и вибрацией вентиляторных установок снижают скорость вращения вентилятора. Конструктивные и монтажные мероприятия, снижают уровень шума. Глушители шума применяются когда нельзя добиться конструктивными и монтажными мероприятиями звукового давления для данного помещения. Глушители бывают: активные с поглощающим материалом, и отражающие- без поглощающего материала. для очистки приточного воздуха от пыли и газа в приточных камерах применяют специальные фильтры ( масляные, бумажные, тканевые идр.) устанавливая их до калориферов по направлению потока воздуха.

Вопрос №26: основными элементами системы кондиционирования воздуха (СКВ) являются: воздухозаборное устройство, установка кондиционирования воздуха, система подачи и распределения воздуха в помещении, система удаления и рециркуляции воздуха, обслуживающие и дополнительные системы и устройства (система теплоснабжения, хладоснабжения и водоснабжения), электроснабжения. Весь комплекс состоит из двух контуров: 1-главный (обрабатывается и перемещается кондиционируемый воздух); 2-дополнительный (система тепло- и хладоснабжения). СКВ подразделяются на центральные ( воздух обрабатывается в центральном кондиционере и распределяется по отдельным помещениям), и местные ( на каждое помещение свой кондиционер). Так же делятся на автономные ( каждый кондиционер имеет свою систему тепло- и хладоснабжения), и неавтономные ( имеется централизованный генератор тепла и холода, от которого тепло и холод поступает к отдельным кондиционерам). Классифицируются на прямоточные ( используется только наружный воздух), и рециркуляционные ( воздух частично из помещения и с наружи), подразделяются на системы низкого (до 1 кПа), среднего (1-3 кПа) и высокого давления (свыше 3 кПа). По числу воздуховодов : одноканальные и двухканальные. Подразделяются так же на : комфортные, технологические и комфортно-технологические. Могут быть круглогодичными и сезонными.

Вопрос №27: вентилятор- механическое устройство, служащее для перемещения воздуха по воздуховодам, или непосредственной подачи либо отсоса воздуха из помещений. Перемещения воздуха происходит из-за создания перепада давления между входом и выходом вентилятора. Осевые вентиляторы состоят : электродвигатель, обечайка ( кожух), колесо из лопастей (крыльчатка). При вращении лопастей они захватывают воздух и перемещают его в осевом направлении. Чаще всего лопасти осевого вентилятора насаживаются на ось электродвигателя. Для улучшения аэродинамики вентилятора перед ним устанавливают коллектор ( спрямитель потока воздуха). Центробежные (радиальные) вентиляторы состоят из : кожуха, выходное отверстие, входное отверстие, рабочее колесо, электродвигатель. При вращении рабочего колеса воздух, попадающий между лопатками, движется радиально от центра и при этом сжимается. Под действием центробежной силы воздух выдавливается в спиральный корпус, а затем направляется в выходное отверстие. Лопатки центробежного вентилятора могут быть загнутыми в зад или перед. Количество лопаток зависит от типа и назначения вентилятора. Существуют вентиляторы с правым и левым вращение рабочего колеса.

Вопрос №28: Все виды твёрдого топлива (торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацита) нашей планеты своим происхождением обязаны солнечной энергии и хлорофиллу - особому веществу содержащемуся в листьях и других зелёных частях растений, которые создают ложные органические вещества, а в дальнейшем превращаются в топливо. В природе существуют различные виды твёрдого топлива, отличающиеся разнообразным составом и свойствами. Сперва отмершие растения разрушаются грибками при доступе кислорода и превращаются в торф, а затем в бурый уголь. В дальнейшем под давлением бурый уголь превращается в каменный , а затем в антрацит. Твёрдое топливо состоит :горючая масса топлива - углерод С, водород Н, органическая сера S_О и горючий колчедан серы S_К, кислорода О и азота N; балласт - зола А, и влага W. Углерод и водород самые ценные части топлива. Углерод в топливе составляет от 50-95%, чем больше углерода тем топливо выделяет больше тепла. Содержание водорода в топливе от 6 до 11%, играет важную роль в образовании летучих газов. Кислород -балласт, связывает водород топлива. Азот- балласт, при сгорании выделяет вредные вещества. Сера - снижает теплоту сгорания топлива. Зола - балласт, влияет на качество сгорания топлива. Классифицируется твёрдое топливо оп химическому возрасту : 1) торфяной, 2)буроугольный и 3)каменноугольный. Древесина - используется в мелких котельных, печное отопление. Торф - по своим свойствам ближе к углям и используется так же. Ископаемые угли: 1) бурые - содержит много влаги, при длительном хранении выветривается, большая склонность к самовозгоранию; 2) каменный уголь - высокая теплота сгорания, применяют как топливо или перерабатывают на кокс; 3) антрацит - большая твёрдость, трудно загорается, хорошо выдерживает перегрузки и перевозки, не самовозгорается. Горение топлива - химическая реакция соединения горючих элементов топлива с окислением при высокой температуре, сопровождающийся интенсивным выделением теплоты. В качестве кислоты используют кислород воздуха. Характер горения зависит от вида топлива. Процесс горения делится на 2 группы: 1)гомогенное горение- горение газообразных горючих; 2) гетерогенное горение - горение твёрдых и жидких горючих.

Вопрос №29: Холодильная установка-моноблок состоит из: 1)холодильного модуля, 2)гидроблока,3) системы управления и контроля. Может быть дополнена модулем промежуточного хладоносителя. Холодильный модуль - составная часть холодильной установки, с помощью основных агрегатов ( компрессора, конденсатора, терморегулирующего вентиля и теплообменника-испарителя) осуществляется круговой процесс переноса тепла. Гидроблок обеспечивает подачу жидкости ( хладоносителя) в теплообменник и на потребителя, состоит из ёмкости, насоса, системы долива и гидроарматуры. Система управления и контроля предназначена для поддерживания в автоматическом режиме задаваемых параметров и защиты установки от аварийных ситуаций. Модуль промежуточного хладоносителя входит в состав установки и служит для охлаждения пищевых жидкостей, состоит из: ёмкости для хладоносителя, насоса, теплообменника и гидроарматуря.

Вопрос №30: термодинамическая система - совокупность тел, обменивающихся между собой и другими телами ( внешней средой) энергией и веществом. Для термодинамической системы справедливы законы термодинамики. Термодинамической системой является любая система, обладающая очень большим числом степеней свободы (например, система, состоящая из очень большого числа молекул, атомов, электронов и др. частиц вещества). Термодинамическая система называется физически однородной, если её состав и все физические свойства одинаковы в любых, произвольно выбранных частя, равных по объёму ( например, химически однородный газ или смесь газов, находящиеся в состоянии термодинамического равновесия и отсутствии внешнего силового поля). Термодинамическая система называется химически однородной, если она состоит из одного химического вещества ( например, жидкая вода и лед). В противном случае термодинамическая система называется химически неоднородной ( например, воздух).

теплообменный термодинамический энергия отопление

Вопрос №31: термодинамический процесс - последовательность изменения состояния рабочего тела. Изменение состояния рабочего тела происходит механического (сжатие или расширение) или термического (нагрев или охлаждение) воздействия окружающей среды. Различают равновесные и неравновесные процессы. Под равновесным понимаю процесс, который протекает с бесконечно малой скорость так, что в каждый момент времени в рабочем теле успевает установится равновесное состояние. Основное условие равновесного процесса - механическое и термическое равновесие. Равновесные процессы называются обратимыми, так как они могут протекать сначала в прямом, а затем в обратном направлении. Неравновесный процесс - процесс в котором все процессы действительные ( реальные), в которых рабочее тело проходит через неравновесное состояние. Неравновесные процессы называются необратимыми, так как они протекают с конечными скоростями, следовательно давление и температура в теле не могут быть одинаковыми в каждый момент времени.

Вопрос №32: термодинамическая система может состоять из твёрдых, жидких или газообразных веществ. Полная энергия такой системы, очевидно, состоит из механической энергии системы как целого, внутренняя энергия совокупность взаимодействующих между собой и хаотично движущихся частиц и энергии ядерного взаимодействия нуклонов атомов системы. Внутренняя энергия есть функция состояния термодинамической системы.

Вопрос №33:если рабочему телу сообщается теплота, то в общем случае изменяется не только внутренняя энергия, но при расширении рабочего тела совершается и механическая работа. Работу расширения можно вычислить по формуле

А=РдельтаV

где, А-работа, Р-давление, дельтаV- изменение объёма газа.

Работа расширения считается положительной, а работа сжатия отрицательной. В отлитие от внутренней энергии работа зависит от характера протекания процесса и не является параметром состояния.

Вопрос №34:под удельной теплоёмкостью подразумевается количество теплоты переданной газу, что бы температура его увеличилась на 1 Кельвин. Удельная теплоёмкость зависит от условий в каких находится газ при нагревании. Если объём его не меняется, то для нагревания газа нужно одно количество теплоты; при этом увеличивается так же давление газа. Если нагревание ведётся так, что давление его остаётся неизменным, то потребуется иное, большее количество теплоты, чем в первом случае; при этом увеличится объём газа. Газ может иметь самые разные удельные теплоёмкости, зависящий от условий нагревания. Интерес представляет удельная теплоёмкость при постоянном объёме СV и удельная теплоёмкость при постоянном давлении СР. Теплоёмкость при постоянном давлении СР больше, чем теплоёмкость при постоянном объёме СV.

Вопрос №35: энтальпия это сумма внутренней энергии тела и произведения давления на объём: I=U+PV где, I- энтальпия, U- внутренняя энергия, Р- давление, V- объём. Удельная энтальпия это отношение энтальпии тела к его массе. Удельная энтальпия это параметр состояния газа. Энтальпия для идеального газа является функцией только температуры тер.системы.

Вопрос №36: энтропия идеального газа - физическая величина, численно равная количеству соударений, за счёт которых газ, приведённый в контакт с телом бесконечно большой теплоёмкости и нулевой температуры, охладился бы до абсолютного нуля. Конечное изменение этой величины называется приращением энтропии. Энтропия - безразмерная величина. Изменение энтропии идеального газ не зависит от хода процесса в идеальном газе, а определяется только значением параметров идеального газа в начальном и конечном состояниях. Энтропия есть функция параметров состояния системы. Зная изменения энтропии, можно найти теплоту, переданную от одного тела к другому.

Вопрос №37: под круговым процессом (циклом) понимают совокупность процессов, в результате которых термодинамическая система, выйдя из какого-либо состояния, вновь к нему возвращается. Устройство, в котором круговой процесс, идёт по часовой стрелке, называют тепловой машиной. Изменения внутренней энергии при круговом процессе равно нулю, алгебраическая сумма количеств теплоты, подводимых к рабочему телу, равна работе, совершаемой рабочим телом за цикл. Второй закон термодинамики исключает возможность создания вечного двигателя второго рода. 1- постулат Клаузиуса : теплота не может перейти от холодного тела к горячему без каких либо других изменений в системе. Это явление называют рассеиванием или дисперсией энергии. 2- постулат Кельвина : невозможно превратить в работу всю теплоту, взятую от источника с однородной температурой, не проводя других изменений в системе.

Вопрос №38: все тепловые двигатели, превращающие тепловую энергию в механическую, работают по круговым циклам или термодинамическим циклам - идеальный цикл теплового двигателя ( прямой цикл Карно ). Рабочее тело изменяет свои параметры по какому- то циклу, возвращаясь каждый раз в первоначальное состояние. Суммарная работа окружающей среды над телом равна нулю, никаких потерь работы нет, энтропия системы остаётся неизменной, все процессы обратимые.

Вопрос №39: идеальный цикл тепловой машины ( тепловая машина Карно)- работающая по этому циклу, обладает максимальным КПД из всех маши, у которых максимальная и минимальная температуры осуществляемого цикла совпадают соответственно с максимальной и минимальной температурами цикла Карно. Хотя тепловая машина Карно, наиболее эффективный тепловой двигатель, но не самое эффективное устройство для создания работы . При совершении обратного цикла Карно тепло отнимается от тела с низкой температурой и передаётся телу с более высокой температурой. Для такой передачи тепла затрачивается работа, равная разности работ - затраченной на сжатие в процессе и полученной при расширении в процессе. Работа, затраченная на совершение обратного цикла Карно, превратилась в тепло, которое передалось рабочему телу. Поэтому от рабочего тела к теплоприемнику с температурой отдаётся не только тепло, взятое от охлаждаемого тела, но и тепло, эквивалентное затраченной работе.

Вопрос №40: Фазовый переход, или фазовое превращение- переход из одного агрегатного состояния в другое. Плавление - переход вещества из твёрдого состояния в жидкое. Испарения - переход вещества из жидкого в газообразное. Сублимация - переход вещества из твёрдого в газообразное. Обратные процессы - затвердевание; кристаллизация; конденсация или де-сублимация. Испарение -парообразование, происходящее со свободной поверхности жидкости и при любой температуре. Кипение - бурное парообразование по всей массе жидкости. Температура насыщения - достижения жидкости температуры кипения. Давление насыщения - соответствует температуре насыщения. Насыщенный пар - пар который образовался в процессе кипения и находится в динамическом равновесии с жидкостью. Сухой насыщенный пар - пар не содержащий капель жидкости.

Влажный насыщенный пар - пар состоящий из капель и сухого насыщенного пара. Если над жидкостью имеется свободное пространство, то наиболее быстрые молекулы жидкости, т.е. обладающие достаточной кинетической энергией, могут преодолеть поверхностное натяжение и удалится в наджидкостное пространство. Этот процесс и представляет собой испарение жидкости - парообразование. Испарение можно получить и внутри жидкости. В жидкости образуются пузырьки пара.

Вопрос №41: цикл со смешанным подводом теплоты -. Цикл Тринклера- характерен для так называемых бескомпрессорных двигателей тяжёлого топлива. Идеальный цикл ДВС выглядит примерно так: чистый воздух с определённой температурой сжимается до температуры, которая больше температуры воспламенения топлива. В этот момент в цилиндр через форсунки под давлением впрыскивается топливо. После чего горючая смесь самовоспламеняется и к рабочему телу подводится тепло, давление повышается. Затем поршень перемещается обратно, поступление и сгорание топлива продолжается при постоянном давлении. Дальше поршень продолжает перемещаться в нижнюю мёртвую точку, давление падает. Отработанные газы выходят через выпускной клапан. Особенности: механическое распыление горючего ( с помощью плунжерного насоса), внутреннее смесеобразование, самовоспламенение от сжатого до высокой температуры воздуха. Этот теоретический цикл всех современных транспортных и стационарных дизелей. Широкого применения эти двигателя не нашли, так как у этих циклов очень большой коэффициент сжатия.

Вопрос №42: интенсивность переноса теплоты характеризуется плотностью теплового потока, т.е. количеством теплоты, передаваемой в единицу времени через единичную площадь поверхности. Эта величина измеряется в Вт/м² и обычно обозначается q. Количество теплоты, передаваемое в единицу времени через произвольную поверхность F, в теории теплообмена принято называть мощностью теплового или просто тепловым потоком и обозначать буквой Q. Единицей её измерения обычно служит Дж/с, т.е. Вт. Количество теплоты, передаваемое за произвольный промежуток времени (ф) через произвольную поверхность F, будем обозначать Qф. Используя эти обозначения, можно записать соотношение между рассмотренными величинами: q=Q/F=Qф/(фF). В общем случае тепловой поток Q, а соответственно, количество теплоты Qф могут изменяться как по времени, так и по координатам: q=dQ/dF=d²Qф/(dфdF).

Вопрос №43: перенос энергии в форме тепла, происходящей между телами, имеющими различную температуру, называется теплообменом. Тела, участвующие в теплообмене, называются теплоносителями. Теплопередача - процесс распространения тепла. Способы переноса тепла: теплопроводность (реализуется внутри твёрдых тел), конвекция ( возникает в результате перемешивания в жидкостях газа), тепловое излучение (лучеиспускание). В реальных условиях тепло передаётся комбинированным способом. При теплообмене между твёрдой стенкой и газовой средой тепло передаётся одновременно конвекцией, теплопроводностью и излучением (теплоотдача). Ещё более сложным является процесс передачи тепла от более нагретой жидкости (газа) через разделяющую их поверхность ( теплопередача).

Вопрос №44: паровое отопление - одна из разновидностей систем отопления зданий. В отличие от водяного или воздушного отопления, теплоносителем является водяной пар. Паровое отопление в общественных зданиях запрещено СН и П. Особенностью парового отопления является комбинированная отдача тепла рабочим телом (паром), которое не только снижает температуру, но и конденсируется на внутренних стенках отопительных приборов. Источником тепла служит отопительный паровой котёл, отбор пара из паровой турбины или редукционно-охладительная установка снижающая давление и температуру пар энергетических котлов до безопасных для потребителя параметров. Отопительные приборы: радиаторы отопления, конвекторы, оребрённые или гладкие трубы. Приемущества: небольшие размеры и меньшая стоимость отопительных приборов; малая инерционность и быстрый прогрев системы; отсутствие потерь тепла в теплообменниках. Недостатки: высокая температура на поверхности отопительных приборов; невозможность плавного регулирования температуры помещений; шум при заполнении системы паром; сложная монтажная отводка к работающей системы. Системы парового отопления целесообразней использовать на предприятиях пар так или иначе применяется для производства нужд.

Вопрос №45: при воздушном отоплении в качестве теплоносителя используется воздух, нагретый до температуры более высокой, чем воздух в помещении. Нагретый воздух подаётся в помещение и, смешивается с внутренним воздухом, отдаёт ему то количество теплоты, которое необходимо для возмещения теплопотерь помещения. Системы воздушного отопления разделяются: 1) по виду первичного теплоносителя, нагревающего воздух - паровоздушные, водовоздушные, газовоздушные; 2) по способу перемещения нагретого воздуха -естественные, механические; 3)по месту приготовления нагретого воздуха - централизованные, децентрализованные; 4) по качеству воздуха, подаваемого в помещения, - на прямоточные, рециркуляционные, смешанные. Преимущества: возможность совмещения с вентиляцией; эффект при включении достигается немедленно; расход на материалы 6-8 раз меньше. Недостатки: шум при работе, большой расход электроэнергии.

Вопрос №46: панельно-лучистым называется отопление помещения панелями, при котором средняя температура всех поверхностей, обращённых в помещение, превышает температуру воздуха. Отличается по признакам: отопительные приборы имеют сплошную гладкую нагревательную поверхность; отопление должно создавать в помещении температурную обстановку, характерную для лучистого способа обогрева. Системы могут быть местными (высокотемпературные прибор- панели и плафоны с отражателями); центральными - теплоносители : вода, пар, воздух и инфракрасное излучение. При панельно-лучистом отоплении помещение обогревается главным образом за счёт лучистого теплообмена между греющей панелью и поверхностью ограждений. По конструкции системы делятся на виды: панельные стеновые системы отопления; системы отопления нагретым полом; системы лучистого потолочного отопления; системы отопления с подвесными излучающими панелями.

Вопрос №47:Схемы присоединения отопления делятся на: 1)зависимые без смешения воды - теплоноситель из теплосети без снижения температуры попадает потребителю, является наиболее простым и удобным в эксплуатации, от групповой котельной установки зданиям пром-потребителя или небольшой населённый пункт. 2)Подавляющее большинство зданий присоединены по зависимой схеме со смешением воды, теплоноситель от потребителя с низкой температурой после её отдачи смешивается с теплоносителем от производителя тепла с помощью гидроэлеватора или насоса и подаётся обратно потребителю, необходимая температура теплоносителя в системе отопления устанавливается электронным регулятором и регулируется клапанами. 3) независимое ( закрытое) присоединение системы отопления -создаётся независимый местный тепловой и гидравлический режим отопительной системы от других потребителей , котлы заменяют водо-водяными теплообменникам, в таких системах используется высокое давление, либо циркуляционный насос, преимущество: автономность, индивидуальность гидро и теплового режима, служат дольше, после аварии длительное время сохраняет тепловой режим.

Вопрос №48:системы водяного отопления бывают двух видов : 1)с циркуляцией воды под действием силы тяжести - вода нагревается в котле(бойлере) и расширяется, при увеличении объёма воды в системе она поступает в расширительный бак, который устанавливают на высоте (чердак). Бак сообщается с атмосферой, поэтому там нет избыточного давления. Нагретая вода под силой тяжести течёт по трубам к радиаторам и отдаёт тепло, охладившись вода стекает в низ в котёл(бойлер), нагревается и снова поступает в систему. Такие системы медленно остывают, для правильной циркуляции очень важен диаметр трубы. 2) принудительная система циркуляции воды - закрытая система. Вода прокачивается по трубам с помощью насоса. воду прокачивают насосом и она возвращается в котёл (бойлер), сохранив остаточное тепло, нет необходимости сильно нагревать воду возвращённую от потребителя.

Вопрос №49: сложный теплообмен - теплота передаётся двумя или даже тремя способами одновременно ( теплопроводность, конвекция и излучение). Наиболее распространённый случай сложного теплообмена является теплоотдача от поверхности к газу( или наоборот). Имеет место конвективный теплообмен между поверхностью и омывающим её газом и, та же самая поверхность излучает и поглощает энергию, обмениваясь потоками излучения с газом и окружающими предметами. Обычно считают, что конвекция и излучение не влияют друг на друга.

Вопрос №50: устройства, предназначенные для получения пара или горячей воды повышенного давления за счёт теплоты, выделяемой при сжигании топлива - называются котлами .Устройство современного парового котла :1) экранные трубы; 2) барабан; 3) пароперегреватель; 4) водяной экономайзер; 5)воздухоподогреватель; 6) коллекторы; 7) горелка; 8) топка; 9) контур топки и газоходов; 10) опускная труба; 11) топочный факел. Топливо вместе с подогретым в воздухоподогревателе воздухом подаются к горелкам в топочную камеру котла, сгорая при высокой температуре образует топочный факел излучающий теплоту на экраны. Отдав часть теплоты экранам, газы проходят через верхнюю часть заднего экрана, трубы которого здесь разведены в два-три ряда, и омывают пароперегреватель. Продукты сгорания движутся через водяной экономайзер, воздухоподогреватель и покидают котёл. Вода поступающая в котёл подогревается в экономайзере за счёт уходящих газов. Испарение воды происходит в экранных трубах. Испарительные поверхности, барабан, опускные трубы и коллектора образуют циркуляционный контур. В барабане происходит разделение пара и воды, сухой пар поступает в пароперегреватель, откуда перегретый пар поступает к потребителю.

Вопрос №51:гидравлическое испытание котла проводится лишь при удовлетворительных результатах внутреннего осмотра. Вместе с котлом подвергается испытанию его арматура: предохранительные клапаны, указатели уровня воды, запорные органы. При наполнении котла водой необходимо удалить воздух. Если в результате заполнения водой на его стенках появится роса, то испытание следует проводить после высыхания стенок. Давление во время испытание должно измеряться двумя манометрами, класс точности не ниже 1,5. Подъём давления до пробного должно быть медленным и плавны, время подъёма не меньше 10 минут. После достижения пробного давления подача в котёл прекращается, в течении 10 минут не должно быть спада давления. После истечения 10 минут давления поднимают до рабочего. При появлении шума и стуков следует прекратить испытания. Результаты испытания котла признаются удовлетворительными если не обнаружено: трещин или признаков разрыва, течи в сварных швах, деформаций.

Вопрос №52: кондиционер БК-2500 имеет: двухскоростной электродвигатель с осевым и центробежным вентиляторами, которые расположены на обоих концах вала, холодильный агрегат и расположены в пластмассовом корпусе на металлическом основании. Холодильный агрегат состоит:1) конденсатор;2) ротационный компрессор; 3)испаритель; 4)осушитель; 5)система трубопроводов; 6)расширитель. Трубопровод организует замкнутую систему, заполненную хладоном. Два отсека машинное и воздухообрабатывающее разделены герметичной перегородкой. В конденсатор пары хладона нагнетаются компрессором. Продуваемый наружным воздух осевым вентилятором, конденсирует пары хладона за счёт тепла. Через осушитель по капиллярной трубке жидкий хладон поступает в испаритель, где переходит в газообразное состояние, при этом поглощает из испарителя и воздуха соприкасающегося с ним, огромное количество тепла, которое засасывается из помещения центробежным вентилятором. Через испаритель и фильтр затягивается воздух, а затем охлаждённый от пыли и лишней влаги возвращается в помещение.

Вопрос №53: в T-S диаграмме цикл работы кондиционера описывается следующими процессами: 1-2-отбор тепла от охлаждённой среды при парообразовании хладагента в испарителе при постоянном давлении; 2-3- отбор тепла от охлаждаемой среды при перегреве газообразного хладагента в испарителе; 3-4- сжатие хладагента компрессором; 4-5-снятие перегрева хладагента конденсаторе; 5-6- конденсация хладагента; 6-7 или 6-7¹- переохлаждение хладагента; 7-1 или 7¹-1- дросселирование хладагента.

Вопрос №54: статическое давление - давление газа находящегося в трубопроводе. Оно характеризует потенциальную энергию потока и действует с одинаковой силой во все стороны. Статическое давление в нагнетательном воздуховоде постоянного по площади сечения выхода из вентилятора, равно потерям давления в нём, без учёта потерь давления на удар при выходе воздуха из сети, и полностью расходуется на их преодоление. Полное давление - равно сумме потерь давления на участке воздуховода, следующим за рассматриваемым сечением, и потерь давления на удар при выходе воздуха в атмосферу. Полное давление в сечении выхода из нагнетательного воздуховода равно динамическому давлению в этом сечении, а статическое давление=0. Потери давления воздуха в фасонных частя называют местным сопротивлением (Н мс). Местные сопротивления в системе вентиляции во многих случаях существенно зависят от соотношений размеров фасонных частей и других вентиляционных элементов, а в тройниках-крестовинах - от соотношений соединяемых или делимых потоков. потери давления на местное сопротивления составляют от40-80% общих потерь. Существует таблица приближённых значений коэффициентов местного сопротивления.