|
Оглавление
Введение
Теплотехника как наука о законах и способах получения и передачи теплоты, преобразования ее в другие виды энергии возникла в начале XVIII в. Большой вклад в материалистическое направление развития теплотехники внес наш великий соотечественник М.В.Ломоносов, сформулировавший закон о сохранении и превращении энергии. В 1763–65 гг. русский механик И.И.Ползунов создал оригинальную по конструкции паровую машину. В 1769 г. английский механик Д.Уатт получил патент на паровую машину, работающую по принципу действия паровых машин наших дней. В 1860 г. француз Ленуар создал первый газовый двигатель внутреннего сгорания. Через 17 лет появился газовый двигатель, работающий по современной четырехтактной схеме. В 1895 г. немецкий инженер Р.Дизель получил патент на двигатель внутреннего сгорания, называемый теперь его именем. Первый патент на газовую турбину получил в 1791 г. в Англии Г.Бербер, но пригодные для практического использования газотурбинные двигатели появились лишь через 100 лет. Первая паровая турбина была построена Г.Лавалем в 1883 г., как привод высокооборотного сепаратора с частотой вращения 30000 об/мин. Вместе с развитием тепловых двигателей совершенствовалась и теория теплоты. В 1824 г. французский инженер С.Карно опубликовал научный трактат, в котором сформулировал важнейший закон теплотехники, определяющий условия превращения теплоты в механическую работу, предложил формулу для определения КПД идеального теплового двигателя и разработал схему работы двигателя внутреннего сгорания. Большое значение для развития теплотехники имели труды Роберта Майера, Джемса Джоуля, Рудольфа Клаузиса, Германа Гельмгольца, Виллиама Томсона. Их работы обусловили установление первого и второго законов термодинамики, которые создали основу для теоретического изучения и практического применения процессов взаимного превращения теплоты и работы. Совершенствование теории тепловых двигателей и теплообменных аппаратов связано с именами выдающихся отечественных теплотехников М.Ф.Окатова, Л.К.Попова, И.А.Вышнеградского, Г.В.Деппа, К.В.Кирша, В.И.Гриневецкого, Л.К.Рамзина, М.В.Кирпичева, А.А.Радцига, Н.И.Белоконь и др. Русской науке принадлежит приоритет в овладении законами реактивного движения. Гениальный русский ученый К.Э.Циолковский создал научные основы теории реактивного движения. Использование атомной энергии в энергетических целях также связано с тепловыми процессами. В мирном использовании атомной энергии приоритет принадлежит Советскому Союзу. Первая атомная электростанция построена в 1954 г. В ближайшей перспективе – широкое использование атомной энергии для целей теплофикации. Тепловые процессы являются основными не только в теплоэнергетике. Их роль чрезвычайно велика в самых разнообразных технологических процессах, в том числе и химических. Рациональное использование теплоты в различных отраслях промышленности невозможно без знания основных законов теплотехники и совершенного овладения теорией тепловых процессов. Развивающаяся быстрыми темпами химическая промышленность является одним из крупных потребителей тепловой энергии. Основными направлениями развития народного хозяйства СССР на 1976–1980 годы предусмотрено в химической и нефтехимической промышленности увеличить производство продукции на 60–65%. Это ставит важные задачи перед специалистами хими- ческого машиностроения, на подготовку среднего звена которых и рассчитан данный учебник. В учебнике не приведены типовые задачи, так как по всем его разделам задачи с решениями даны В.Г.Ерохиным и М.Г.Маханько в "Сборнике задач по основам гидравлики и теплотехники" (М., 1979, с.240). Из главы 1. Основные понятия и определения
§ 1. Теплота и работа Энергия – общая мера различных форм движения материи. Количество работы и теплоты является мерой энергии, переданной телу в форме работы или в форме теплоты. Величина передаваемой энергии зависит от условий, в которых осуществляется такой процесс. Если одно тело совершает над другим механическую работу, то увеличение энергии тела равно совершенной над ним работе. Величину работы, совершаемой телом, принято считать положительной, а полученной – отрицательной. Работа в технической термодинамике измеряется в джоулях. Передача энергии телу совершением над ним работы всегда связана с перемещением тела или его частиц. Если одно тело передает энергию другому при тепловом контакте, то количество теплоты, полученное телом, считается положительным, а отданное – отрицательным. Единицей количества теплоты является джоуль. Согласно кинетической теории материи теплота есть форма проявления энергии движения частиц, образующих тело. Поэтому передача теплоты от частиц одного тела к другому состоит в обмене энергией, т.е. в совершении работы атомов и молекул одного тела над атомами и молекулами другого тела. Механическая работа в отличие от теплоты представляет собой упорядоченную форму передачи энергии. Превращение одной формы работы в другую возможно. Однако, переход организованной (механической) работы в неорганизованную (тепловую) происходит в любых количествах и всегда возможно полное превращение механической работы в теплоту. Обратный же переход неорганизованной работы в организованную возможен только при определенных условиях. В этом и заключается качественное различие понятий "теплота" и "работа". § 2. Термодинамическая система Совокупность тел, которые энергетически взаимодействуют между собой, с другими телами и с окружающей их средой, составляет термодинамическую систему. Система, в которой отсутствует обмен веществом с другими телами, называется закрытой системой. Примером закрытой системы может быть газ, находящийся в цилиндре с поршнем. Система, в которой имеет место обмен вещества с другими телами, называется открытой системой. Примером открытой системы является поток рабочего тела в турбинах и турбокомпрессорах, а также в поршневых машинах в процессах впуска и выпуска. Если система не обменивается энергией и массой с другими системами, она называется изолированной. Однородной называется такая термодинамическая система, все составляющие которой обладают одинаковыми свойствами. Если отдельные составляющие системы обладают различными свойствами и между ними имеются поверхности раздела, то такая система называется гетерогенной. Если между отдельными составляющими системы нет поверхности раздела, то система называется гомогенной. Примером гетерогенной системы может быть резервуар с кипящей жидкостью, над поверхностью которой находится насыщенный пар. Гетерогенную систему будут представлять также лед и вода. Отдельные составляющие гетерогенной системы, разделенные одна от другой поверхностями раздела, называются фазами. Гетерогенные системы могут быть трехфазными (когда в системе имеются твердая, жидкая и газообразная фазы). Состояние системы, при котором значения характеризующих ее параметров во времени не изменяются, называется стационарным. Если значения параметров состояния системы во времени изменяются, то такое состояние системы называется нестационарным. Все процессы в теплотехнике связаны с использованием некоторого рабочего тела. Получение работы за счет теплоты в тепловых двигателях требует совершения процессов изменения объема рабочего тела (расширения или сжатия). Поэтому в качестве рабочих тел в тепловых двигателях используются газы и пары, позволяющие изменять свой объем. Об авторах
 Ерохин Виктор Георгиевич Профессор, специалист в области теплоэнергетики. Более 55 лет посвятил преподавательской работе на кафедре теплоэнергетики на железнодорожном транспорте в Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ). Почетный работник транспорта России.
Основными направлениями научной деятельности в последние годы были труды в области экономии энергии и материалов, включая вопросы экологии на промышленных предприятиях.  Маханько Михаил Георгиевич Доктор технических наук, профессор. Более 50 лет отдал преподавательской работе в Московском институте инженеров железнодорожного транспорта (МИИТ, ныне Московский государственный университет путей сообщения). Автор более 200 научных трудов, монографий, учебников, учебных пособий и изобретений.
Основными направлениями научной деятельности были вопросы подобия и расчета двигателей внутреннего сгорания, перевод двигателей на газообразное топливо, тепловые расчеты различных теплообменных аппаратов и тепловых установок. За успехи в научно-педагогической деятельности награжден государственными наградами и знаками «Заслуженный работник транспорта РФ», «Изобретатель СССР», «Почетный железнодорожник» и др. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
