1-лекция Энергетика туралы жалпы түсінік.

Материя қозғалысының әр түрлі формалары бір-біріне айналып (түрленіп) отырады. 19 ғасырдың орта шенінде осы қозғалыстың барлық формалары бір-біріне белгілі бір сандық мөлшерде ғана айтылатындығы анықталды; осы жағдай “энергия” ұғымын енгізуге, яғни қозғалыстың әр түрлі физикалық формаларын бірыңғай өлшеуішпен өлшеуге мүмкіндік берді. “

Энергия” ұғымы сақталу заңына бағынады (қ. Энергияның сақталу заңы, Термодинамика).

Энергия туралы түсінік мәңгілік қозғалтқыш жасаудың мүмкін еместігін дәлелдеуге байланысты пайда болды. Жұмыстың қоршаған ортадағы немесе жүйедегі белгілі бір өзгерістің (отынның жануы, судың құлауы, т.б.) нәтижесінде ғана орындалатындығы анықталды; дененің бір күйден басқа бір күйге ауысуы кезіндегі белгілі бір жұмыс істеу қабілеті оның энергиясы деп аталды.

Қозғалыстың әр түрлі формасына сәйкес энергияның да бірнеше түрі бар

(мысалы, механикалық энергия, химиялық энергия, электромагниттік энергия, гравитациялық энергия, ядролық энергия, т.б.) Физиканың даму процесінде энергия ұғымы нақтыланып әрі жалпыланып отырды. Энергия туралы ілімнің дамуындағы маңызды бір кезең үздіксіз ортадағы энергия қозғалысы мен “ энергия ағыны” туралы ұғымның енгізілуі болды. Энергия ағыны деп энергия тығыздығы мен берілген ортадағы орын ауыстыру жылдамдығының көбейтіндісіне тең векторды айтады.

Кванттық физиканың дамуы энергия ның квантталатындығы жайлы, яғни кейбір жағдайда жүйенің энергия сы тек дискретті (үздікті) мәндерді ғана қабылдайды деген фактіні дәлелдеуге мүмкіндік берді. Мұндай жағдай мысалы, сәуле шығару энергия сына, микробөлшектердіңьтербеліс және айналу Энергиясына қатысты айтылады. Салыстырмалық теориясында Энергия (Е) мен масса (m) арасындағы байланыстың (Е=mс2, мұндағы с – вакуумдегі жарық жылдамдығы) ашылуы физика үшін зор маңызды болды. Бұл қатыс әмбебаб қатыс болып есептеледі. Сондықтан ол тіпті өте кішкентай микробөлшектің өзінде де әрқашан қозғалыстың белгілі бір түрі болатындығын көрсетеді. Мұндай қозғалыстың өлшеуіші mс2 өрнегі болады. Әсіресе бұл қатыстың ядр. энергетиканың дамуына байланысты іс жүзіндегі маңызы арта түсті. Энергия бірліктердің халықаралық жүйесінде (СИ) джоульмен, бірліктердің СГС жүйесінде эргпен өлшенеді. Ал ядролық және атомдық физикада энергияның өлшеу бірлігі ретінде электронвольт алынады

Энергетикалық кешенді дамыту Электр энергетикасы 2008 жылы электр энергиясын өндіру 2007 жылмен салыстырғанда 4,8 %-ға өсті және 80,0 млрд. кВтс. құрады. Электр энергиясын тұтыну 80,6 млрд. кВтс. құрады, бұл өткен жылғы көрсеткіштен 5,5 % жоғары. 2009 жылы электр энергиясының күтілетін өндірісі 78,72 млрд. кВтс құрайды. Қазақстан Республикасының бірыңғай электр энергетикасы жүйесі (БЭЖ) Ресей Федерациясы мен Орталық Азия елдерінің энергия жүйелерімен қосарлас режимде орнықты жұмыс істейді. Елдің энергетикалық қауіпсіздігі мен экономиканың тұрақты дамуын қамтамасыз ету бойынша электр энергетикасы саласының стратегиялық міндеттерін шешу үшін Қазақстан Республикасы Премьер-Министрінің 2007 жылғы 31 мамырдағы № 147-ө өкімімен Қазақстан Республикасының электр энергетикасы саласын дамыту жөніндегі 2007 - 2015 жылдарға арналған іс-шаралар жоспары әзірленді және бекітілді. 2015 жылға дейінгі электр тұтыну мен электр жүктемесінің деңгейлерін болжау негізінде Қазақстан БЭЖ-і оңтүстік аймағының болжалды қуат тапшылығы, электр станцияларындағы іске қосылатын қуаттар анықталды, оңтүстік аймақта (Балқаш ЖЭС) базалық электр станциясын орналастыру бойынша негіздемелер мен ұсыныстар және одан қуат берудің алдын ала жасалған схемасы дайындалды, сондай-ақ Қазақстан Республикасының электр энергетикасын дамытуға қажетті инвестиция есептелді. Қазақстан Республикасы Энергетика және минералдық ресурстар министрінің 2009 жылғы 26 маусымдағы № 153, № 154 бұйрықтарымен электр энергиясының 2015 жылға дейінгі теңгерімі, қайта құруға, жаңғыртуға және кеңейтуге жататын электр энергетикасы объектілерінің тізбесі, сондай-ақ жаңа электр энергетикасы объектілерінің құрылысы бекітілді. Қазақстанның үш энергетикалық аймағы бойынша энергия беруші қуаттарды, электр желілерін кеңейту, жаңғырту және қайта көру бойынша инвестициялық жобалардың әзірлемесі жүзеге асырылуда. Дүниежүзілік экономикалық форумның 2009 жылғы деректері бойынша Бәсекелестік қабілетінің ғаламдық индексінің «Инфрақұрылым сапасы - электр» индикаторы рейтингте 4 позицияға жоғарылады және 77-орынды (81-ден) иеленді. Энергия үнемдеу Қазіргі уақытта іс жүзінде әлемнің өнеркәсібі дамыған барлық мемлекеттерінде энергия үнемдеу мәселесі қарқынды шешілуде. Қазіргі заманғы нормативтік-құқықтық базаны әзірлеу елде энергия үнемдеу және энергия тиімділігін дамытудың негізгі талабы болып табылады. Осыған байланысты, «Энергия үнемдеу туралы» Заңның жобасы Қазақстан Республикасының Парламентіне қарауға енгізілді. Энергия үнемдеу - бұл бейіндік министрліктің ғана емес, жалпы мемлекеттік ауқымдағы міндет. Энергия үнемдеу бойынша барабар шара қабылдау өнеркәсіп және тұрғын үй- коммуналдық саласының барлық аяларында қамтамасыз етілуге тиіс. «Энергия үнемдеу туралы» Заң жобасында өнеркәсіптегі энергия тұтынуды төмендету үшін мынадай шаралар көзделеді: 1) жаңа объектілерді оларға есепке алу аспаптары мен отын-энергетика ресурстарының шығынын реттеу жүйесін орнатпай пайдалануға беруге тыйым салатын норма көзделеді; 2) энергия тиімді құрылғыларды әкелушілер үшін кедендік жеңілдіктер белгілеу; 3) кейіннен мониторинг жасау үшін ірі кәсіпорындар мен ұйымдар енгізілетін энергия үнемдеу туралы деректердің Мемлекеттік тізілімін жасау; 4) берілген міндетті орындамағаны үшін әкімшілік жауапкершілік қолдана отырып, уақтылы жөндеу жүргізуге және мүлікті жаңғыртуға міндет белгілеу; 5) энергия тұтыну нормативтері

2-лекция

Жылуалмасу негіздері. Жылуөткізгіштіктің негізгі теңдеулері мен заңдылықтары.

Табиғи конвекциялы жылу беру есептеулерінің қажеттілігі жиі кездеседі, мысалы жылу жүргізуші құбырлардың, булы және су жылытушы қазандардың, жылу жоғалуының есептеулерінде, жылытушы және қыздырушы аспаптарының есептеулерін жүргізуде және т.б кездеседі. Табиғи конвекция кезіндегі, жылу беру жағдайының екі түрін ажыратады: жылу берудің өте көп көлемде және жылу берудің шектелген (өлшемді) көлемдегі түрлері. Өте көп көлмдегі жылу берілу. Жылудың өте көп көлемде берілуі, тек қана бір құбылыспен сипатталады, мысалы сұйықты қыздырумен өтеді. Сұйықтың салқындауы, өте қашықта болғандық-тан процесстің өтуіне әсерін тигізбейді. Бұл процессті tш.к = 0,5 (tс-tқ) анықтайды, мұндағы қабырғаның температурасы, °С; іс - жылытылған денеден өте қашықтағы сұйықтың температурасы, °С. Құбырдың тік бетінің, пластинаның жэне басқаларының табиғи конвекцияларының ламинарлы режимнен, турбулентті қозғалысқа өтуін (Ог-Рг)кб-109 , алмағайып кезеңі деп атайды. (Сг-Рг) Кб>109 мәні кезіндегі, жылу беру ламинарлы шекаралық қабаттың бастапқы бөлігіндегі hал. үшін, жылу беруінің есептеуі жеке жүргізіледі де, және h-hал. (һал - алмағайып - критический) турбулентті шекаралық қабатпен орналасқанына да, осылай есептеледі. hал . мэнін мына шарт жағдайымен анықтайды:

Шектелген кеңістіктегі жылу беруі. Табиғи конвекция кезшде, осындай жылу беру сұйықтық қабатшаларында, әртүрлі орын алады, мысалы терезе рамаларының әйнектерінің арасында өтеді. Табиғи конвекция, кезінде, сүйықтың көп көлемде салқындауы (жылытуы), бетінен қашықта өтеді де, конвекция процессіне әсерін тигізбейді. Егер, жылу беруші жэне жылу қабылдаушы бет жақын орналасса, онда, жоғары көтерілетін жэне төмен түсетін сұйық ағыны жылытушы қүрылғылармен бөлмелерді жылыту, сұйық құбырларының сууы және т.б құбырларымен өтеді. Табиғи конвекциямен пайда болуын қарастыралық, мысалы, сумен жылы-тылатын радиатордың айналасындағы конвекция (13.4 сурет). Қыздырылған қабырғамен ауа, тікелей жұғысқаннан кейін, қызып, жеңіл болады да, Архимед заңына байланысты бетіне көтеріледі де, оның орнына суыңқыраған ауа келеді. Осылайша, қабырға бойымен тоқтаусыз ауа алмасуы жүреді. Радиатордың төменгі қабырға жағында, ауаның өте жұқа қабаты, аз жылдамдық-пен көтеріледі де, бұл жерде ламинарлы қозғалыста өтеді. Жылы ауа қабаты, жоғарлап көтерілген сайын, қабаты қалыңдай түседі, жылдамдығы артады. Қабырғаның жеткілікті биігінде өтпелі кезең шекарасынан кейін, ақырындап турбулентті қозғалысқа айналады. Сонымен, ламинарлы жэне турбулентті қозғалыстар, аралық айма-ғында өтпелі аймақ болады. Барлық жазық беттер түрі үшін, өте көп көлемдегі табиғи конвекция кезіндегі, жазық беттің орташа жылу беру коэффи-циентін анықтаудың есепті формуласы жэне оның бейімделу іс бағыты (ориентация), сонымен қатар, қандай сүйық жэне газ болмасын жә не қандай да қысым мен температураны, мына формуламен анықтайды: Nuш.к=С(Сг-Рг)n ш.қ-έ, мүндағы, индекс ш.қ -- жылу жүргізгіштің, барлық физикалық қасиеті, шекаралық қабаттың (ш.қ) орташа температурасына жата-ды: бір бірімен жұғысады, сол кезде конвекция процессі қиындай- ды, сондықтан бүл күрделі процессті, бір тұтас ретінде қарастыру керек.

3-лекция

Жылу берілуді ұқсастық критерилері арқылы есептеу. Сәулелік жылуалмасудың негізгі заңдылықтары. Будың конденсациялануы кезіндегі жылуалмасу. Цилиндрлік және жалпақ жүйелер арқылы жылу беру процесстері. Жылулық оқшаулау. Жылуалмасу аппараттары.

Жылулы сәуле шығару барлық денелерге тән. Егер дененің бетіне Qс.ж мөлшерде сәулелі жылу түссе оның тек бір бөлігі ғана денемен сіңіріліп жылу энергиясына айналады да басқа бөлігі дене бетінен шығарылып қалған бөлігі дене арқылы өтңп кетеді. Qс.ж=Qa+Qr+Qd (1) немесе Qa/Qcж+Qr/Qсж+Qd/Qсж=1 (2) (1,2) теңдеудегі Qa/Qcж дененің сәулелі жылуды сіңіруі, Qr/Qсж шағылысу, Qd/Qсж өзінен өткізіп жіберу қабілеттерін сипаттайды. Егер Qa/Qcж= A Qr/Qсж=R және Qd/Qсж=V деп бейнелесек онда A+R+D=1 (3) A,R,D – лардың сан мәніне қарай денелер төмендегі түрлерге бөлінеді - егер А=1(R=D=0) болса онда денеге түскен сәулелі жылудың барлығы сіңіледі мұндай дене – абсолют (мүлде) қарда деп аталады; - егер R=1 (A=R=D) болса, онда денеге түскен сәулелі жылудың барлығы шағылысады мұндай дене абсолют ақ деп аталады; - егер D=1 (A=R=0) болса, онда денеге түскен сәулелі жылудың барлығы денеден өтіп кетеді. Мұндай дене абсолют мөлдір дене деп аталады. Табиғатта абсолют қара, ақ және мөлдір денелер жоқ. A,R және D лардың арасындағы байланыстар дененің табиғатына беттің түріне және оның температурасына байланысты болады. Әдетте қатты дене және сұйықтар үшін D=0 R+A =1 болады. Газдар негізінен мөлдір денелер қатарына жатады. Нақты жағдайда денелер бетіне түскен сәулелі энергияның бір бөлігі сіңіріледі, тағы бір бөлігі шағылысады, ол қалғаг бөлігі денеден өтіп кетеді. Мұндай денелер сұр денелер деп аталады. Стефон –Больцман заңы Беті F дененің  уақытта шығарған сәулелі мөлшерін дененің сәуле шығару қабілеттілігі деп аталады. Е=Фсж/f=Вт/м² (4) Стефон - Больцман заңы бойынша : сұр дененің сәуле шығару қабілеттілігі оның абсолюттік температурасының төртінші дәрежесіне тура пропорционал болып келеді. E=C(T/100)4; (5) С –сұр дененің сәуле шығарә коэффициенті деп аталады.

4-лекция