Комплекс лабораторних робіт «Термодинамічні основи енергетичних систем»

В комплексі викладені характеристика термодинамічних систем, форм енергообміну, закони та ефективність енергоперетворень. Розглянуті термодинамічні властивості, термодинамічні процеси ідеальних і реальних газів. Викладені основи термодинаміних циклів газових і паросилових двигунів, холодильних машин, теплових насосів і теплових трансформаторів. До кожного розділу комплексу наведено контрольні питання, завдання і числові приклади їх розв’язку.

Вступ

Науково-технічний прогрес, який інтенсивно розвивається, ставить перед народним господарством України завдання з розробки нових машин, установок, а також технологічних процесів. Усі нові розробки повинні базуватись на енергоощадних технологіях і забезпечувати екологічну безпеку. Але першочерговим сьогодні стоїть питання економії енергії на промислових підприємствах, як однієї з найважливіших задач у вирішенні паливно-енергетичних проблем. Вирішити її можна різними шляхами, а в першу чергу організаційно-технічними засобами за короткі терміни силами самих підприємств: вироблення електричної енергії і тепла власними джерелами; опалення і кондиціювання повітря, нагрівання і вироблення холоду, сушильних та холодильних установок; акумулювання енергії і використання вторинних енергоресурсів (ВЕР). Особливо важливим є підвищення ступеня та ефективності використання ВЕР. За капіталовкладенням використання ВЕР у декілька раз є меншими від затрат на приріст видобування палива і транспортування його до споживача.

Успішне розв’язання пріоритетної задачі енергозбереження вимагає в свою чергу, відповідної компетенції в інженерів-екологів, інженерів-технологів та механіків усіх спеціальностей. У запропонованому комплексі лабораторних робіт стає завдання сформувати у майбутніх спеціалістів знання в області генерування тепла в технологічних об’єктах, енерготехнологічного комбінування, оптимізації теплових вират у різних виробництвах та раціонального використання ВЕР, оцінки енергетичної ефективності процесів, скорочення шкідливих викидів у довкілля.

Необхідно відмітити і фундаментальні завдання, які стоять перед енергетиками, орієнтованими на замкнуті теплотехнічні комплектси, а саме:

• визначення повного резерву енергозбереження, а також основних напрямків і конкретних засобів реалізації цього резерву в масштабі замкнутих виробничо-галузевих комплексів (за даними інституту з проблем енергозбереження НАН України потенціал енергетичних збережень оцінюється в 125 млн. тон умовного палива (т. у. п.) і відповідає 40-45% загального споживання в 1990 році);

• розробити на базі концепції енергозбереження перспективні моделі і опорні характеристики енергозберігаючих і екологічно безпечних теплотехнічних об’єктів майбутнього (нетрадиційні джерела);

• розробити і створити теплотехнічне обладнання нового покоління на принципі безвідходної технології та інтенсивного енергозбереження. Слід зуважити, що в розробленому проекті Комплексної державної програми енергозбереження України закладені такі об’єми реалізації невикористаного потенціалу енергозбереження: 2000 рік -15-25 млн. т. у. п.; 2005 рік – 25-45 млн т. у. п.; 2010 рік – 45 – 60 млн. т. у. п.; 2015 рік – 60-80 млн. т. у.п.

Поставлені задачі є складними і для їх вирішення необхідно використовувати найбільш досконалі, сучасні наукові методи, підходи, нові винаходи.

В комплексі описано лабораторних робіт описано термодинамічну базу основних енергетичних модулів, які використовуються в синтезі теплових схем різних технологічних процесів і установок, а також методологію ексергетичного аналізу процесів і систем, тобто основи термодинаміки. Останній розділ комплексу присвячений холодильним системам. Сьогодні холодильні системи класифікують: за температурними діапазонами роботи, видами використовуваної енергії, агрегатним станом робочого тіла і методом одержання охолоджувального ефекту. Розрізняють область помірного (до 120 К= - 153°С) охолодження і глибокого або криогенного (нижче 120 К, тобто нижче - 153°С) охолодження. Холодильні машини, що використовують механічну енергію, прийнято називати компресійними. Абсорбційні і ежекторні машини з тепловикористовуючими агрегатами, які використовують енергію у формі тепла підвищеного потенціалу і являють собою комбінацію теплосилової і холодильної машин. Якщо процеси холодильного циклу реалізуються в двохфазній області робочого тіла, холодильні машини прийнято називати паровими. У газових холодильних установках цикл здійснюється в області газоподібного стану робочого тіла. Криогенні системи, що використовують для зрідження газів, реалізують парогазовий цикл. У залежності від методу одержання охолоджувального ефекту розрізняють детандери, дроселі, вихрові, термоелектричні, термомагнітні холодильні пристрої. У хімічній технології використовують практично всі типи холодильних машин.

Після кожного розділу комплексу наведені контрольні запитання та завдання лабораторних робіт з порядком їх розв’язування.

Запропонований методичний посібник призначений для студентів еколого-технологічних і хіміко-технологічних, біотехнологічних спеціальностей, спеціальності еколог-технологі, технолог і механік деревообробки та інших, які пов’язані з використанням великої кількості енергії.