- •Дополнительные элементы
- •140100.62 Направление подготовки «Теплоэнергетика и теплотехника», профиль «Энергообеспечение предприятий»
- •1. Введение
- •Солнечная энергетика
- •Терминология
- •2. Сведения из сопутствующих технических дисциплин
- •2.1. Закон сохранения энергии, уравнение Бернулли.
- •2.2. Закон сохранения количества движения
- •2.3. Вязкость
- •2.4. Турбулентность
- •2.5.Трение при течении в трубах
- •3. Теплоперенос
- •3.1. Метод тепловой цепи и терминология
- •3.2. Теплопроводность
- •3.3. Конвективный теплообмен
- •3.4. Радиационный перенос
- •3.5. Свойства прозрачных веществ
- •3.6. Теплоперенос посредством теплоносителя
- •3.7. Смешанный теплоперенос и его тепловая цепь
- •4. Солнечное излучение
- •4.1. Космическое солнечное излучение
- •4.2. Геометрия Земли и Солнца
- •5. Нагревание воды солнечным излучением
- •5.1. Расчёт теплового баланса
- •5.2. Открытые нагреватели
- •5.3. Закрытые нагреватели
- •5.4. Системы с изолированным накопителем.
- •5.5.Селективные поверхности.
- •5.6. Вакуумированные приёмники
- •6. Другие применения солнечной энергии
- •6.1. Подогреватели воздуха
- •6.2. Зерносушилки
- •Водяной пар и воздух
- •6.3. Солнечные отопительные системы
- •6.4. Охлаждение воздуха
- •6.5. Опреснение воды
- •6.6. Солнечные пруды
- •6.7. Концентраторы солнечной энергии
- •6.8. Солнечные системы для получения электроэнергии.
- •7. Фотоэлектрическая генерация.
- •7.1. Поглощение фотонов.
- •8. Энергия ветра
- •8.1. Ветроэнергетический кадастр
- •8.2. Классификация ветроустановок
- •Технико – экономические характеристики зарубежных вэу
- •8.3. Основы теории ветроэнергетических установок. Преобразование энергии ветра
- •8.4. Лобовое давление на ветроколесо
- •8.5.Крутящий момент.
- •8.6. Характеристики ветра.
- •8.7. Использование ветроколесом энергии ветра.
- •8.8. Удельные мощность и энергия ветрового потока.
- •9.Гидроэнергетика.
- •9.1. Основные принципы использования энергии воды.
- •9.2. Активные гидротурбины.
- •9.3. Размер струи и размер сопла.
- •9.4. Размер колеса турбины и его угловая скорость.
- •9.5. Реактивные гидротурбины.
- •9.6. Гидроэлектростанции.
- •Основные технические характеристики микрогидроэлектростанций
- •Основные технические характеристики гидроагрегатов с пропеллерными
- •10. Геотермальная энергия.
- •11. Энергия Мирового океана.
- •11.1. Энергия приливов и отливов.
- •11.2. Основы теории приливов.
- •11.3. Мощность приливных течений.
- •11.4. Энергия волн.
- •11.5. Энергия и мощность волны.
- •11.6. Отбор мощности от волн.
- •11.7. Утка Солтера. Утка Солтера является устройством, обладающим весьма высокой эффективностью преобразования энергии волн. Форма её обеспечивает максимальное извлечение мощности.
- •12. Энергия биомассы.
- •12.1. Классификация основных типов процессов, связанных с переработкой биомассы.
- •Биохимические
- •Агрохимические
- •12.2. Производство биомассы для энергетических целей.
- •12.3. Сжигание биотоплива для получения тепла.
- •12.4. Пиролиз (сухая перегонка).
- •Выход этанола из различных культур Бразилии
- •12.5. Получение биогаза путём анаэробного сбраживания.
- •250С полностью сбраживают исходные продукты.
- •13. Аккумулирование и передача энергии на расстояние.
- •Химическое аккумулирование.
- •Аккумулирование тепла.
- •Свинцово – кислотные батареи.
- •Механическое аккумулирование.
- •Маховики.
- •Сжатый воздух.
- •Транспорт биомассы.
- •Транспорт тепла.
- •14. Заключение
- •Динамика прироста мощностей ветроустановок в мире, мВт
- •Стоимость угля, нефти и газа растёт, а их природные ресурсы сокращаются.
- •Литература
2. Сведения из сопутствующих технических дисциплин
Преобразование энергии движения жидкости лежит в основе работы гидро-, ветро-, волновых и ряда солнечных энергетических систем. Для понимания работы этих систем необходимо рассмотреть основные законы механики: сохранение массы, количества движения, энергии.
Течения будем считать несжимаемыми. Различие между жидкостью и газом состоит в гораздо большей сжимаемости газа.
2.1. Закон сохранения энергии, уравнение Бернулли.
Течение жидкости будем считать установившимся. При этом картину течения представим множеством линий, совпадающих с вектором скорости. Эти линии называются линиями тока. На рис. 2.1. показана трубка с начальным сечением на высоте Z1и конечным наZ2 .
1
Рис. 2.1. Иллюстрация закона сохранения энергии для трубки тока
Через сечение 1 втекает масса жидкости m=ρ*A1u1*Δtи столько же жидкости вытекает через сечение 2. Из закона сохранения энергии жидкости следует, что потери потенциальной энергии и работа, совершаемая силами давления, в сумме равны увеличению её кинетической энергии и потерям энергии на трение.
Этот баланс запишем в виде:
(2.1)
Сила р1*А1совершает работу на расстоянииu1*Δt(аналогично и для р2*А2), Еf–тепловыделение при трении,t- время.
В идеальном случае трением можно пренебречь
(2.2) вдоль линии тока
= соnst(2.3)
Уравнения (2.2 и 2.3) сохранения энергии называются уравнением Бернулли.
Сумма членов (2.3) называется полным напором. Полный напор - это полная энергия единицы массы жидкости. Напор имеет размерность длины. В уравнениях (2.2 и 2.3) можно пренебречь вязкостью, сжимаемостью, и теплопроводностью.
В приёмниках солнечного излучения и в теплообменниках в единицу времени потоку жидкости передаётся от теплового источника энергия Рт. В левую часть (2.1) добавим член, равный количеству переданной тепловой энергии, Е=Рт*Δt. Теплосодержание массы жидкостиmс температурой Т1равноm*c*T1(c- удельная теплоёмкость жидкости), теплосодержание вытекающей жидкости равноm*c*T2. Теплосодержание объёма изменяется наm*c*(T2-T1). Добавляя этот член в правую часть (2.2), получаем
(2.4)
где Q– объёмный расход жидкости, равныйQ=A*u; А - площадь поперечного сечения.
В теплообменниках (2.4) принимает вид:
Рт= ρ*с*Q(Т2– Т1). (2.6.) (2.5)
2.2. Закон сохранения количества движения
В установившемся течении в любой момент времени главный вектор сил, действующих на поток жидкости, ограниченной замкнутой фиксированной поверхностью, равен потоку количества движения через эту поверхность
F= ρ*(A2u22 –A1u12)i = (mu2 – mu1)i, (2.7)
где m=ρ*A1*u1=ρ*A2u2– поток массы;
F– сила, действующая на жидкость;
i- единичный вектор направления движения.
Количество движения – векторная величина и выражение для потока количества движения (ρ*А1*u12*i) содержит скорость потока в квадрате.
2.3. Вязкость
Касательное напряжение τ (сила, действующая на единицу площади в направлении вдоль пластины) равно
τ = µ*(du/dy), (2.8)
где du/dy– изменение скорости поперёк трубы;
µ- динамическая вязкость потока, Н*см -2.
Эта вязкость определяется только составом и температурой жидкости и не зависит от τ и du/dy. В несжимаемой жидкости картина течения определяется кинематической вязкостью υ.
υ = µ/ρ,м2/с. (2.9)