Учебное пособие. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. – 630 с.
В учебном пособии изложены основы технической термодинамики и
тепло- и массообмена, приведены сведения о топливе, теории горения,
топках и котельных установках, тепловых двигателях и теплосиловых
установках, холодильных установках, различном энергетическом
оборудовании для жилищно-коммунального хозяйства и других объектов,
методах энергосбережения и возобновляемых энергетических ресурсах и
др.
Пособие предназначено для студентов, преподавателей и специалистов
и имеет цель помочь им получить информацию, необходимую для
изучения теплотехники и теплового оборудования зданий, а также для
эффективного применения современных достижений в профессиональной
деятельности и в быту
Содержание
Введение Техническая термодинамика Предмет теплотехники. Связь с другими отраслями знаний. Основные понятия и определения
Предмет теплотехники. Связь с другими отраслями знаний
Основные понятия и определения
Термодинамическая система и ее взаимодействие с окружающей средой. Термодинамические процессы
Основные параметры состояния рабочего тела: давление, удельный объем, температура
Энергия рабочего тела
Теплоемкость газов
Идеальные газы
Равновесные и обратимые процессы
Процессы изменения состояния идеальных газов
Изохорный процесс
Изобарный процесс
Изотермический процесс
Адиабатный процесс
Политропный процесс
Контрольные вопросы по первой теме Термодинамические процессы и циклы. Законы термодинамики
Графическое изображение термодинамических процессов
Работа изменения объема газа
Внутренняя энергия, энтальпия и энтропия газа как функции состояния рабочего тела
Первый закон термодинамики
Второй закон термодинамики
Контрольные вопросы по второй теме Реальные газы и пары. Водяной пар
Термодинамический анализ энергетических устройств
Некоторые термодинамические циклы
Реальные газы и пары
Водяной пар. Фазовые переходы
Термодинамический анализ теплотехнических устройств
Термодинамические циклы
Цикл Карно
Цикл Карно с фазовыми переходами
Идеальные циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания и происходящие при этом процессы
Идеальные циклы газовых турбин
Цикл Ренкина
Регенеративный и теплофикационный циклы паросиловой установки
Регенеративный цикл
Теплофикационный цикл
Идеальные циклы холодильных установок
Контрольные вопросы по третьей теме Основы теории тепло- и массообмена
Процессы горения Теория теплообмена. Теплопроводность, конвекция, тепловое излучение. Теплопередача. Теплообменники
Основные понятия и определения
Основные виды теплообмена
Теплопроводность. Температурное поле, градиент температуры и тепловой поток
Дифференциальное уравнение распространения теплоты
Условия однозначности, начальные и граничные условия
Теплопроводность при стационарном тепловом режиме
Теплопроводность плоской стенки
Конвективный теплообмен. Виды движения теплоносителя
Конвективная теплоотдача. Теплоотдача при вынужденном движении жидкости и газов
Лучистый теплообмен
Основные понятия
Поглощение, отражение и пропускание лучистой энергии
Теплопередача через плоскую стенку
Способы уменьшения теплопередачи через стенку
Теплопередача в теплообменных аппаратах
Типы теплообменников
Рекуперативные (поверхностные) теплообменники
Регенеративные теплообменники
Смесительные теплообменники
Расчет теплообменных аппаратов
Контрольные вопросы по четвертой теме Основы массообмена. Топливо и основы теории горения. Конструкции разных топок и горелок
Общие сведения
Реакции горения и газификации
Гомогенное горение. Кинетика химических реакций
Особенности горения газообразного топлива
Нижний и верхний пределы взрываемости горючих газов
Особенности горения жидкого топлива
Горение твердого топлива (гетерогенное горение)
Конструкции различных топок
Горелки для сжигания газа
Газовые плиты и горелки газовых плит
Газовые водонагревательные колонки и их горелки
Газовые горелки для котельных установок
Принципы организации сжигания газообразного топлива
Форсунки и горелки для сжигания жидкого топлива
Особенности применения топливных форсунок
Форсунки испарительного типа (горелки)
Управление форсунками и горелками, их регулирование
Сжигание мазута и печного топлива в топках
Сжигание жидкого топлива в печах разного назначения
Контрольные вопросы по пятой теме Энергетические машины Котельные установки
Общие сведения и понятия о котельных установках
Классификация котельных установок
Классификация котельных агрегатов
Конструкции различных котлов и горение топлива в них
Котлы для сжигания твердого топлива и горение в них
Котлы для сжигания жидкого топлива и горение в них
Котлы для сжигания газа и горение в них
Модульные котельные
Основные элементы паровых и водогрейных котлов
Особенности размещения котлов в малоэтажных домах
Тепловой баланс котельного агрегата
Контрольные вопросы по шестой теме Двигатели внутреннего сгорания. Компрессоры
Холодильные установки. Тепловые насосы
Поршневые двигатели внутреннего сгорания
Принцип работы и рабочие процессы двигателей
Процесс работы двухтактного карбюраторного двигателя
Процесс работы четырехтактного карбюраторного двигателя
Компрессоры
Холодильные машины и установки
Общие сведения
Термодинамические циклы холодильных установок
Воздушные холодильные установки
Парокомпрессорные холодильные установки
Пароэжекторные холодильные установки
Бытовые и промышленные холодильники
Принцип работы компрессионного холодильника
Принцип работы абсорбционного холодильника
Принцип работы термоэлектрического холодильника
Принцип работы холодильника на вихревых охладителях
Примеры холодильных установок
Тепловые насосы
Контрольные вопросы по седьмой теме Тепловые электростанции. Атомные электростанции
Гидроэлектростанции. Прямые способы получения электроэнергии
Тепловые электростанции
Классификация тепловых электрических станций
Принцип работы тепловой электростанции
Основное оборудование тепловой электростанции
Принципы работы паровых и газовых турбин
Классификация паровых турбин
Примеры основных деталей паровых турбин
Потребители электрической энергии и теплоты
Атомные электрические станции
Современное состояние и перспективы
Классификация атомных электростанций
Принцип действия атомных электростанций
Преимущества и недостатки атомных электростанций
Гидроэлектростанции
Гидроэнергетические ресурсы и рaзмещение ГЭС
Классификация гидроэлектростанций
Преимущества и недостатки гидроэлектростанций
Гидротурбины и гидрогенераторы
Установки по прямому превращению теплоты в электрическую энергию
Магнитогидродинамические генераторы (МГД-генераторы)
Термоэлектрические генераторы
Термоэмиссионные методы преобразования теплоты в электрическую энергию
Топливные элементы
Щелочные топливные элементы
Топливные элементы на расплаве карбоната
Топливные элементы на основе фосфорной кислоты
Топливные элементы с мембраной обмена протонов
Твердооксидные топливные элементы
Топливные элементы с прямым окислением метанола
Полимерные электролитные топливные элементы
Твердокислотные топливные элементы
Сравнение важнейших характеристик топливных элементов
Использование топливных элементов в автомобилях
Контрольные вопросы по восьмой теме Инженерные системы и тепловое оборудование зданий Системы отопления. Отопительные приборы и другое основное оборудование этих систем
Системы водяного отопления
Системы отопления с естественной циркуляцией воды
Двухтрубные системы отопления с верхней разводкой
Двухтрубные системы отопления с нижней разводкой
Однотрубные системы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя
Системы водяного отопления с насосной циркуляцией
Схемы подключения отопительных приборов
Основные элементы систем отопления
Основные виды отопительных приборов
Радиаторы
Конвекторы
Баки-аккумуляторы
Открытый расширительный бак
Закрытый расширительный бак
Воздухоотводчики
Места установки воздухоотводчиков
Автоматические воздухоотводчики
Ручные воздухоотводчики (краны Маевского)
Радиаторные термостаты
Арматура систем водяного отопления
Контрольные вопросы по девятой теме Системы горячего водоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха
Системы горячего водоснабжения
Водонагреватели
Системы вентиляции
Виды, назначение и устройство вентиляторов
Осевые (аксиальные) вентиляторы
Центробежные (радиальные) вентиляторы
Вентиляторы диаметрального сечения (тангенциальные)
Безлопастные вентиляторы
Многозональные вентиляторы
Канальные вентиляторы
Крышные вентиляторы
Бытовые вентиляторы
Конструкции вентиляторов
Классификация и обслуживание систем вентиляции
Воздушные и воздушно-тепловые завесы
Системы кондиционирования воздуха
Классификация кондиционеров
Устройство и принцип работы кондиционеров
Кондиционеры компрессионного типа
Кондиционеры испарительного типа
Контрольные вопросы по десятой теме Системы теплоснабжения. Тепловые сети
Классификация систем теплоснабжения
Назначение и классификация тепловых сетей
Основные элементы тепловых сетей
Трубы и теплоизоляция для тепловых сетей
Подвижные опоры
Неподвижные опоры
Компенсаторы температурных удлинений
Участки самокомпенсации температурных удлинений
П-образные компенсаторы
Сальниковые компенсаторы
Линзовые и сильфонные компенсаторы
Тепловые камеры
Прокладка тепловых сетей
Подземная прокладка
Канальная прокладка
Бесканальная прокладка
Надземная прокладка
Присоединение потребителей к тепловой сети
Схемы присоединения потребителей к тепловой сети
Присоединение систем отопления к тепловой сети
Независимая схема присоединения систем отопления
Зависимые схемы присоединения систем отопления
Присоединение систем горячего водоснабжения к тепловой сети
Тепловые пункты
Узлы ввода и учета тепловой энергии и воды в зданиях
Контрольные вопросы по одиннадцатой теме Энергосбережение. возобновляемые энергетические ресурсы Энергосбережение
Необходимость энергосбережения
Методы энергосбережения
Методы энергосбережения в повседневной жизни
Методы уменьшения энергопотребления зданий
Тепловые потери и способы их уменьшения
Энергосберегающие лампы
Теплоизоляционные материалы
Классификация теплоизоляционных материалов
Органические теплоизоляционные материалы
Неорганические теплоизоляционные материалы
Где применяются основные теплоизоляционные материалы
Контрольные вопросы по двенадцатой теме Возобновляемые энергетические ресурсы
Вторичные и возобновляемые энергетические ресурсы
Почему энергия возобновляемых источников дороже
Использование энергии ветра
Использование солнечной энергии
Водородная энергетика
Водородные системы и топливные элементы
Биотопливо
Гидроэнергетические ресурсы малых рек
Геотермальная энергетика
Альтернативная энергетика, ее экономическая эффективность
Контрольные вопросы по тринадцатой теме Литература и информационные ресурсы
Введение Техническая термодинамика Предмет теплотехники. Связь с другими отраслями знаний. Основные понятия и определения
Предмет теплотехники. Связь с другими отраслями знаний
Основные понятия и определения
Термодинамическая система и ее взаимодействие с окружающей средой. Термодинамические процессы
Основные параметры состояния рабочего тела: давление, удельный объем, температура
Энергия рабочего тела
Теплоемкость газов
Идеальные газы
Равновесные и обратимые процессы
Процессы изменения состояния идеальных газов
Изохорный процесс
Изобарный процесс
Изотермический процесс
Адиабатный процесс
Политропный процесс
Контрольные вопросы по первой теме Термодинамические процессы и циклы. Законы термодинамики
Графическое изображение термодинамических процессов
Работа изменения объема газа
Внутренняя энергия, энтальпия и энтропия газа как функции состояния рабочего тела
Первый закон термодинамики
Второй закон термодинамики
Контрольные вопросы по второй теме Реальные газы и пары. Водяной пар
Термодинамический анализ энергетических устройств
Некоторые термодинамические циклы
Реальные газы и пары
Водяной пар. Фазовые переходы
Термодинамический анализ теплотехнических устройств
Термодинамические циклы
Цикл Карно
Цикл Карно с фазовыми переходами
Идеальные циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания и происходящие при этом процессы
Идеальные циклы газовых турбин
Цикл Ренкина
Регенеративный и теплофикационный циклы паросиловой установки
Регенеративный цикл
Теплофикационный цикл
Идеальные циклы холодильных установок
Контрольные вопросы по третьей теме Основы теории тепло- и массообмена
Процессы горения Теория теплообмена. Теплопроводность, конвекция, тепловое излучение. Теплопередача. Теплообменники
Основные понятия и определения
Основные виды теплообмена
Теплопроводность. Температурное поле, градиент температуры и тепловой поток
Дифференциальное уравнение распространения теплоты
Условия однозначности, начальные и граничные условия
Теплопроводность при стационарном тепловом режиме
Теплопроводность плоской стенки
Конвективный теплообмен. Виды движения теплоносителя
Конвективная теплоотдача. Теплоотдача при вынужденном движении жидкости и газов
Лучистый теплообмен
Основные понятия
Поглощение, отражение и пропускание лучистой энергии
Теплопередача через плоскую стенку
Способы уменьшения теплопередачи через стенку
Теплопередача в теплообменных аппаратах
Типы теплообменников
Рекуперативные (поверхностные) теплообменники
Регенеративные теплообменники
Смесительные теплообменники
Расчет теплообменных аппаратов
Контрольные вопросы по четвертой теме Основы массообмена. Топливо и основы теории горения. Конструкции разных топок и горелок
Общие сведения
Реакции горения и газификации
Гомогенное горение. Кинетика химических реакций
Особенности горения газообразного топлива
Нижний и верхний пределы взрываемости горючих газов
Особенности горения жидкого топлива
Горение твердого топлива (гетерогенное горение)
Конструкции различных топок
Горелки для сжигания газа
Газовые плиты и горелки газовых плит
Газовые водонагревательные колонки и их горелки
Газовые горелки для котельных установок
Принципы организации сжигания газообразного топлива
Форсунки и горелки для сжигания жидкого топлива
Особенности применения топливных форсунок
Форсунки испарительного типа (горелки)
Управление форсунками и горелками, их регулирование
Сжигание мазута и печного топлива в топках
Сжигание жидкого топлива в печах разного назначения
Контрольные вопросы по пятой теме Энергетические машины Котельные установки
Общие сведения и понятия о котельных установках
Классификация котельных установок
Классификация котельных агрегатов
Конструкции различных котлов и горение топлива в них
Котлы для сжигания твердого топлива и горение в них
Котлы для сжигания жидкого топлива и горение в них
Котлы для сжигания газа и горение в них
Модульные котельные
Основные элементы паровых и водогрейных котлов
Особенности размещения котлов в малоэтажных домах
Тепловой баланс котельного агрегата
Контрольные вопросы по шестой теме Двигатели внутреннего сгорания. Компрессоры
Холодильные установки. Тепловые насосы
Поршневые двигатели внутреннего сгорания
Принцип работы и рабочие процессы двигателей
Процесс работы двухтактного карбюраторного двигателя
Процесс работы четырехтактного карбюраторного двигателя
Компрессоры
Холодильные машины и установки
Общие сведения
Термодинамические циклы холодильных установок
Воздушные холодильные установки
Парокомпрессорные холодильные установки
Пароэжекторные холодильные установки
Бытовые и промышленные холодильники
Принцип работы компрессионного холодильника
Принцип работы абсорбционного холодильника
Принцип работы термоэлектрического холодильника
Принцип работы холодильника на вихревых охладителях
Примеры холодильных установок
Тепловые насосы
Контрольные вопросы по седьмой теме Тепловые электростанции. Атомные электростанции
Гидроэлектростанции. Прямые способы получения электроэнергии
Тепловые электростанции
Классификация тепловых электрических станций
Принцип работы тепловой электростанции
Основное оборудование тепловой электростанции
Принципы работы паровых и газовых турбин
Классификация паровых турбин
Примеры основных деталей паровых турбин
Потребители электрической энергии и теплоты
Атомные электрические станции
Современное состояние и перспективы
Классификация атомных электростанций
Принцип действия атомных электростанций
Преимущества и недостатки атомных электростанций
Гидроэлектростанции
Гидроэнергетические ресурсы и рaзмещение ГЭС
Классификация гидроэлектростанций
Преимущества и недостатки гидроэлектростанций
Гидротурбины и гидрогенераторы
Установки по прямому превращению теплоты в электрическую энергию
Магнитогидродинамические генераторы (МГД-генераторы)
Термоэлектрические генераторы
Термоэмиссионные методы преобразования теплоты в электрическую энергию
Топливные элементы
Щелочные топливные элементы
Топливные элементы на расплаве карбоната
Топливные элементы на основе фосфорной кислоты
Топливные элементы с мембраной обмена протонов
Твердооксидные топливные элементы
Топливные элементы с прямым окислением метанола
Полимерные электролитные топливные элементы
Твердокислотные топливные элементы
Сравнение важнейших характеристик топливных элементов
Использование топливных элементов в автомобилях
Контрольные вопросы по восьмой теме Инженерные системы и тепловое оборудование зданий Системы отопления. Отопительные приборы и другое основное оборудование этих систем
Системы водяного отопления
Системы отопления с естественной циркуляцией воды
Двухтрубные системы отопления с верхней разводкой
Двухтрубные системы отопления с нижней разводкой
Однотрубные системы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя
Системы водяного отопления с насосной циркуляцией
Схемы подключения отопительных приборов
Основные элементы систем отопления
Основные виды отопительных приборов
Радиаторы
Конвекторы
Баки-аккумуляторы
Открытый расширительный бак
Закрытый расширительный бак
Воздухоотводчики
Места установки воздухоотводчиков
Автоматические воздухоотводчики
Ручные воздухоотводчики (краны Маевского)
Радиаторные термостаты
Арматура систем водяного отопления
Контрольные вопросы по девятой теме Системы горячего водоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха
Системы горячего водоснабжения
Водонагреватели
Системы вентиляции
Виды, назначение и устройство вентиляторов
Осевые (аксиальные) вентиляторы
Центробежные (радиальные) вентиляторы
Вентиляторы диаметрального сечения (тангенциальные)
Безлопастные вентиляторы
Многозональные вентиляторы
Канальные вентиляторы
Крышные вентиляторы
Бытовые вентиляторы
Конструкции вентиляторов
Классификация и обслуживание систем вентиляции
Воздушные и воздушно-тепловые завесы
Системы кондиционирования воздуха
Классификация кондиционеров
Устройство и принцип работы кондиционеров
Кондиционеры компрессионного типа
Кондиционеры испарительного типа
Контрольные вопросы по десятой теме Системы теплоснабжения. Тепловые сети
Классификация систем теплоснабжения
Назначение и классификация тепловых сетей
Основные элементы тепловых сетей
Трубы и теплоизоляция для тепловых сетей
Подвижные опоры
Неподвижные опоры
Компенсаторы температурных удлинений
Участки самокомпенсации температурных удлинений
П-образные компенсаторы
Сальниковые компенсаторы
Линзовые и сильфонные компенсаторы
Тепловые камеры
Прокладка тепловых сетей
Подземная прокладка
Канальная прокладка
Бесканальная прокладка
Надземная прокладка
Присоединение потребителей к тепловой сети
Схемы присоединения потребителей к тепловой сети
Присоединение систем отопления к тепловой сети
Независимая схема присоединения систем отопления
Зависимые схемы присоединения систем отопления
Присоединение систем горячего водоснабжения к тепловой сети
Тепловые пункты
Узлы ввода и учета тепловой энергии и воды в зданиях
Контрольные вопросы по одиннадцатой теме Энергосбережение. возобновляемые энергетические ресурсы Энергосбережение
Необходимость энергосбережения
Методы энергосбережения
Методы энергосбережения в повседневной жизни
Методы уменьшения энергопотребления зданий
Тепловые потери и способы их уменьшения
Энергосберегающие лампы
Теплоизоляционные материалы
Классификация теплоизоляционных материалов
Органические теплоизоляционные материалы
Неорганические теплоизоляционные материалы
Где применяются основные теплоизоляционные материалы
Контрольные вопросы по двенадцатой теме Возобновляемые энергетические ресурсы
Вторичные и возобновляемые энергетические ресурсы
Почему энергия возобновляемых источников дороже
Использование энергии ветра
Использование солнечной энергии
Водородная энергетика
Водородные системы и топливные элементы
Биотопливо
Гидроэнергетические ресурсы малых рек
Геотермальная энергетика
Альтернативная энергетика, ее экономическая эффективность
Контрольные вопросы по тринадцатой теме Литература и информационные ресурсы