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8、能源安全的基本要点是互利合作、多元发展、协同保障。
9、能源在开发、输送、加工、转换、利用和消费的过程,必然对生态系统产生各种影响,成为环境污染的根源之一。
主要表现是酸雨、臭氧层破坏、热污染、温室效应。
10、我国能源发展的主要任务:
四个方面:
推进节约能源,提高能源效率;
调整能源结构,发展清洁能源;
能源多元发展,保障能源安全;
深化能源体制改革,完善能源法制建设。
第三章节能概述
1、管理节能:
(十四个方面)
考核评价制度;
标准体系;
统计制度;
节能评估和审查;
淘汰落后产能制度;
认证管理;
电力需求侧管理;
建筑节能;
空调温度控制;
公共机构节能;
运输节能;
监督检查;
支持服务机构;
帮扶行业协会。
2、技术节能:
(八个方面)资金与研发;
创新技术;
重点领域节能;
工艺节能;
设备节能;
输配电系统节能;
余热利用;
国际交流。
3、结构节能:
(八个方面)完善政策;
控制两高;
淘汰落后;
调整钢铁工业结构;
调整电力结构;
产品、产业调整;
综合运输节能;
能源结构调整。
1、我国节能定义突出特点是节能概念更加科学、节能目标更加明确、节能环节更加突出,节能条件更加全面。
2、开展节能工作的途径包括管理节能、技术节能和结构节能。
3、节能标准体系的建立能促进节能工作的标准化、规范化和科学化。
4、技术节能包括调整产业结构、调整工业结构、调整工艺结构、调整产品结构等方面的内容。
5、节能的主要方式有四种:
不使用能源;
降低能源消耗;
通过技术进步提高能源利用率;
通过调整经济结构实现节能。
第四章热工基础知识
第一节:
工程热力学
(一)热力学第一定律
1.表述(理解):
当热能与其他形式的能量相互转换时,能量的总量保持不变。
2.能量方程式:
闭口系统能量方程式(重点):
Q=ΔU+W【进入系统的热量Q应等于对外做的功W和系统热力学能U该变量的总和】
P50例题1:
气体在某一闭口过程中吸收了60KJ的热量,同时热力学能增加了86KJ,问此过程是膨胀还是压缩过程?
做工是多少?
解:
根据闭口系统能量方程Q=ΔU+W可得:
W=Q-ΔU=(60-86)KJ=-26KJ对外做功为负,表明此过程被压缩,对外做功-26KJ,即消耗外界功26KJ。
开口系统表达能量方程式(重点):
P51例题2:
已知新蒸汽流入汽轮机时的比焓h1=3400KJ/kg,乏汽流出汽轮机时的比焓h2=2370KJ/kg,若蒸汽流量是120t/h,求汽轮机功率和1kg蒸汽对外做的功。
根据能量方程得:
h2-h1+wi=0
解出每千克工质做功量为:
wi=h1-h2=1030KJ/kg
功率:
P=qmwi=(120000/3600×
1030)KW=34333.3KW
(二)理想气体性质
1.状态方程:
P1V1/T1=P2V2/T2=PV/T=R
mkg工质:
PV=mRgT
nmol气体:
PV=nRT
2.比热容:
比定容热容cv、比定压热容cp
3.热力学能、焓和熵的计算:
热力学能差:
公式Δu1-2=∫12cvdT=cvΔT
焓差:
公式Δh1-2=∫12cpdT=cpΔT
熵差:
公式Δs
例题:
氧气瓶容积0.3立方,瓶内表压力为1.4MPa,温度为303k,求瓶中氧气的质量是多少?
若氧气用掉一半,温度降为293k,当地大气压为0.1MPa,问此时氧气瓶内压力是多少?
Rg=260J/(kgK)
氧气的压力p1=1.4+0.1=1.5MPa,根据理想气体状态方程PV=mRgT可得:
m=PV/RgT=5.71kg
用掉一半后,氧气瓶的压力为:
p2=0.5mRgTg/V=0.725MPa
(三)理想气体热力过程:
4个基本过程
1.定容过程:
比体积不变,P1/T1=P2/T2
2.定压过程:
压力不变,V1/T1=V2/T2
3.定温过程:
温度不变,P1V1=P2V2
4.绝热过程:
工质与外界没有热量交换,
pvk=常数
(四)热力学第二定律
1.主要描述(理解):
①克劳修斯说法:
热不可能自发地、不付任何代价的从低温传递到高温物体。
②开尔文说法:
不可能从单一热源吸热,是指全部转化为功而不留下任何变化。
2.卡诺循环与卡诺定律(掌握):
①卡诺循环:
卡诺循环是由2个定温过程和2个绝热过程组成的理想循环。
热效率:
ηt=1–T2/T1(T2低温、T1高温)
②卡诺定理:
定理1:
相同高温热源和低温热源间工作的可逆循环热效率相等
定理2:
温度相同的高温热源和低温热源间工作的可逆热机热效率大于不可逆热机热效率
一个热机循环工作在1000K和250K的两个热元之间,从高温热源吸热100KJ,做功77KJ,判断该循环是否可行,为什么?
根据卡诺定律,循环热效率的极值为ηt=1–T2/T1=1-250/1000=0.75,该循环的热效率为
ηt=1-q1/q2=1-(100-77)/100=0.77,超过了卡诺循环的热效率,故该循环不可能实现。
第二节:
传热学掌握重点
(一)导热热阻、对流热阻、辐射热阻定义
1.导热热阻:
当热量在物体内部以热传导的方式传递时遇到的热阻。
2.对流热阻:
在对流换热过程中,固体壁面与流体之间的热阻。
3.辐射热阻:
两个温度不同的物体相互辐射换热时的热阻。
(二)毕渥数、雷诺数和普朗特数
1.毕渥数Bi:
又称毕渥准则,是一个准则数,无量纲、具有物理意义,表示导热热阻与对流热阻的比值。
2.雷诺数Re:
表征流体受迫流动时惯性力与黏滞力的相对比值,反映了流体流态对对流换热的影响。
3.普朗特数Pr:
又称物性准则,反映流体的动量传递能力与热量传递能力的相对大小。
(三)自然对流换热:
自然对流换热是因温差引起流体的密度差产生浮升力而形成的流体换热。
它有层流和紊流之分,又可分成大空间和有限空间两类。
(四)辐射换热基本定律:
1.普朗克定律:
描述黑体辐射能量沿波长分布的规律。
2.斯蒂芬-玻尔兹曼定律:
描述黑体辐射力随温度的变化规律。
3.兰贝特定律:
描述黑体辐射能量沿半球空间方向的变化规律。
4.基尔霍夫定律(了解):
描述单色定向发射率与单色定向吸收率的变化规律。
(六)单相流体对流换热特性:
两个:
管内受迫流动换热;
外掠单管和管束流动换热。
(七)凝结换热与沸腾换热
1.凝结分为:
膜状凝结与珠状凝结。
珠状凝结很不稳定,膜状凝结是凝结换热的主要凝结方式。
影响因素是蒸气速度、蒸气含不凝性气体、表面粗糙度、蒸气含油、过热蒸气等。
增强措施是改变表面几何特征、有效排除不凝性气体、加速凝结液的排除、形成珠状凝结的方法等。
2.沸腾换热是再液体内部固液界面上形成气泡从而实现热量由固体传递给液体的过程。
可分为大空间沸腾与强制对流沸腾;
又可分为饱和沸腾和过冷沸腾。
影响因素是不凝结气体、过冷度、液位高度、重力加速度、沸腾表面结构等。
增强措施是在管表面用烧结法覆盖一层多孔铜或多孔铝或用机械加工方法使管表面形成微孔层等。
(八)强化传热与削弱传热的方法
1.强化传热方法有7种。
扩展传热面;
改变流动状态;
改变流动物性;
改变表面状况:
增加粗糙度、改变表面状况;
改变换热面积形状和大小;
改变能量传递方式;
靠外力产生振荡。
2.削弱传热的方法有2种:
覆盖绝缘材料;
改变表面状况。
第三节流体力学
(一)流体的粘性
1.定义:
流体内部产生的摩擦阻力
2.性质:
流体的固有属性,只有在运动的时候才能表现出来
3.形成原因:
一是流体分子间的引力,一是流体分子的热运动
4.变化规律:
气体和液体粘性随压强的变化很小,升高气体粘性增大,液体粘性减小
(五)流体流动的状态
层流:
当流场中流动的流体质点互不干扰,迹线层次分明
紊流:
当流场中流动的流体质点相互掺混,杂乱无章地向某一方向运动
(六)边界层的概念
定义:
当粘性流体以大雷诺数平滑地绕流静止物体时,在壁面附近出现一个流速由壁面上的零值迅速增至与来流速度相同数量级的薄层
处理:
边界层内为粘性流体的有旋流动;
边界层以外可看作理想流体的无旋流动。
(七)绕流物体的阻力
1.物体阻力分为压差阻力和摩擦阻力。
2.摩擦阻力:
作用在物体表面的切向应力在来流方向上的分力总和
产生原因:
流体黏性
3.压差阻力:
作用在物体表面法向应力在来流方向的分力的总和。
由于物体尾部形成旋涡使流体的能量耗损,从而形成前后压强差。
(八)泵与风机的主要性能参数
1.流量:
单位时间内输送的流体量,用体积流量或质量流量表示
2.扬程(全压):
单位重量(体积)液体(气体)通过泵(风机)时所获得的能量增加值
3.功率:
有效功率、轴功率和原动机功率。
4.转速:
泵或风机轴每分种的转数。
5.汽蚀余量(正吸入压头):
泵汽蚀性能的重要参数
6.损失与效率:
损失:
机械损失、容积损失和流动损失
有效功率:
轴功率除去这些能量损失
(九)离心式泵与风机的工况调节(P118)
1.方法:
改变管路特性曲线;
改变泵或风机本身性能曲线;
两条曲线同时改变
2.改变管路性能曲线的调节方法
在泵或风机转数不变的情况下,调节管路阀门开度(节流),改变管路性能曲线
3.改变泵或风机性能曲线的调节方法
改变泵或风机的转数;
改变风机进口导流阀的叶片角度;
切削泵的叶轮外径及改变风机的叶片宽度和角度
第四节热工测量技术
(一)数据处理
1.有效数字:
将测量结果中能准确读出的可靠数字和估读出来的欠准数字。
2.“0”的使用原则:
①只与计量单位有关的数字“0”不计入有效数字;
②小数点后的“0”一般不能随意省略
3.有效数字的运算
①常数运算:
根据需要
②加减法运算:
计算取舍位数至比有效数字最少的多一位,结果按最少位数取
③乘除法运算:
同上
4.数据修约
测量结果修约:
比被测量允许误差多一个数量级
修约规则:
四舍五入、奇进偶不进
5.不确定度
①定义:
表征合理赋予被测量之值的分散性,与测量结果相联系的参数。
②分类:
A类不确定度:
用统计学方法评定的不确定度
B类不确定度:
用非统计学方法评定的不确定度
③计算:
P145~146公式(4.4-7)~(4.4-12)
(四)流速、流量和液位测量
1.流速仪表:
皮托管、热线风速仪和激光多普勒流速仪。
皮托管:
通过测量流体动压,也称风速管,可测量各种流体速度;
热线风速仪:
以热线或热膜为探头,利用通电的探头在气流中热量散失强度与气流速度之间的关系来测量流速,用于微风速和脉动速度的测量
激光多普勒流速仪:
利用激光多普勒效应进行测量,测量范围广,精度高
2.流量
①分类及应用范围:
P137表4.4-4
②标准节流元件的使用注意事项。
3.液位:
云母水位计:
属于锅炉附属设备,就地安装,在锅炉启、停时用以监视汽包水位和正常运行时定期校对其它型式的水位计
差压式水位计:
锅炉汽包、除氧器水箱等水位测量中使用最广泛的水位计
(五)气体成分测量
1.取样方法:
直接取样法、全量取样法、比例取样法以及定容取样法
2.主要分析仪器:
①氧化锆氧量分析仪:
测量烟气含氧量
②色谱分析仪:
对混合物进行定性或定量分析,可测量CO、CmHn、NOx、SO2、CO2等多种气体成分,其特点是灵敏度高,分析速度快,适用范围广
③红外气体分析仪:
可测量非对称分子气体,如CO、CO2、H2O、CmHn、NO等,其特点被测气体试样干燥而清洁,试样要进行除尘、除湿处理
(二)习题考点
1、在p-v图上,过程曲线与横坐标所围成的面积代表功的大小
2、理想气体的焓和热力学能是温度的单值函数。
3、公式q=△u+w适用于闭口系中的任何工质的任意过程
4、在两恒温热源之间工作的可逆热机,热效率高低取决于高温热源及低温热源温度
5、工质完成一个不可逆循环后,其焓变化为零。
6、在相同的温度变化区间内,理想气体经历一个定容过程时,其热力学能变化量比经历一个定压过程时大小相等。
7、理想气体的定容比热容小于定压比热容。
8、传热的推动力是温差
9、
第五章电工基础知识
1、欧姆定律I=U/R全电路欧姆定律I=E/(R+r0)
2、单相交流电路
定义:
其大小和方向都随时间按照一定规律做周期性变化
(一)提高功率因数的意义(四个方面)
1.在一定的有功功率下,可以减小供电线路和变压器的容量,减少供电投资。
2.可以提高供电设备利用率。
3.当输出的有功功率相同时,可以减小线路电流,减小线路损耗。
4.变压器容量一定时,可以增大输出的有功功率,减小输出的无功功率。
高压供电系统功率因数应达到0.90以上,其它用户功率因数应在0.85以上。
(二)无功功率补偿原理
把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路,感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率进行补偿。
(三)无功功率补偿的方法
1.利用过激磁的同步电动机;
2.利用调相机做无功功率电源;
3.异步电动机同步化运行;
4.电力电容器作为补偿装置。
(四)电力电容器的补偿方法
1.串联补偿是把电容器直接串联到高压输电线路上,应用于高压远距离输电线路上,用电单位很少采用。
2.并联补偿是把电容器直接与被补偿设备并接到同一电路上,用电企业一般采用这种补偿方法。
(五)并联电容器补偿无功功率
1.并联电容器的作用
(1)补偿无功功率,提高功率因数;
(2)提高设备出力;
(3)降低功率损耗和电能损失;
(4)改善电压质量。
(不能改善电网频率)
(六)并联电容器的补偿方式
1.并联电容器与电力网的联接
在三相供电系统中:
单相电容器的额定电压与电力网的额定电压相同时,应采用三角形接法;
三相电容器只要其额定电压等于或高于电网的额定电压可直接接入。
2.并联电容器的补偿形式
个别补偿、分散补偿和集中补偿三种形式。
(1)个别补偿
个别补偿是指对单台用电设备所需无功功率就近补偿的办法。
(2)分散补偿
分散补偿是指将电容器组分组安装在车间配电室或变电所各分路的出线上。
(3)集中补偿
集中补偿是指把电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母线上。
第三节电机与拖动
(一)变压器的额定值
1.额定电压U1N、U2N
变压器二次侧开路(空载)时,一次、二次侧绕组允许的电压值。
三相时U1N、U2N是一次、二次侧的线电压。
2.额定电流I1N、I2N
变压器满载运行时,一次、二次侧绕组允许的电流值。
三相时额定电流是一次、二次侧的线电流。
(六)三相异步电动机的起动与调速
1.三相异步电动机的起动
(1)起动性能
起动时:
n=0,s=1。
特点:
一般中小型笼型电机起动电流为额定电流的5~7倍;
电动机的起动转矩为额定转矩的1.0~2.2倍。
后果:
频繁起动时造成热量积累,使电机过热。
2.起动方法
笼型电动机有直接起动(30KW以下)、降压起动,绕线电动机转子串电阻起动。
(1)异步电动机的降压起动方法
①Y-换接起动:
起动时把定子每相绕组上的电压降到正常工作电压的1/√3,起动电流和起动转矩减小为直接起动时的1/3。
适合于空载或轻载起动,额定接法为接法的电动机。
自耦降压起动适合于容量较大且正常运行时联成Y形,不能采用Y-起动的笼型异步电动机。
(2)转子串电阻起动方法
绕线型电机,在转子电路中接入适当的起动电阻,既可以减小起动电流,又可以增大起动转矩。
(1)变频调速
改变电动机电源频率来改变电动机的转速,
称为变频调速。
变频调速要使用变频器,它主要由整流器和逆变器两大部分组成。
变频调速要使用变频调速装置(变频器),它主要由整流器和逆变器两大部分组成。
整流器先将频率f为50Hz的三相交流电变换为直流电,再由逆变器变换为频率f1可调、电压U1也可调的三相交流电,供给三相笼型电动机。
(2)变极调速
根据转速公式,改变电动机定子磁场的磁极对数,可改变电动机的转速。
由于调速时其转速呈跳跃性变化,因而只用在对调速性能要求不高的场合。
(3)变转差率调速
调压调速、转子回路串电阻调速都属于变转差率调速。
在绕线型电动机的转子电路中接入一个调速电阻,改变电阻的大小,就可得到平滑调速。
增大调速电阻时,转差率上升,转速下降。
这种调速方法的优点是设备简单、投资少,但能量损耗较大,广泛应用于起重设备中。
第五节自动控制理论
(二)建立系统数学模型
系统数学模型的建立是利用控制理论中一种重要的分析工具——信号流图来求系统传递函数。
绘制信号流图的原则:
将结构图中的综合点、引出点以节点替代,如果综合点在前,引出点在后,且它们之间没有方框,可以用一个节点来表示;
方框中的环节传递函数对应为信号流图中的支路增益,写在各对应的支路上;
各支路的方向与结构图中信号线的方向一致;
在根据以上规则绘制好的信号流图中,在首端加一个输入节点,在末端加一个输出节点。
(三)线性系统的时域分析
1.稳定性
若系统受扰动偏离了平衡状态,当扰动消除后系统能够恢复到原来的平衡状态,则称系统稳定,反之称系统不稳定。
3.劳斯判据
应用劳斯判据时,必须借助系统的闭环特征方程式的系数编制一个表格,称为劳斯行列表。
如果劳斯行列表中第一列元素严格为正,则系统稳定;
如果表中第一列元素出现小于零的数,则系统不稳定;
第一列元素符号改变的次数,就是特征方程正实部根的个数。
在应用劳斯判据时需要注几种特殊情况:
(1)在计算中,如发现某一行中第一列元素为零,而其它元素不全是零,可以用一个很小的正数代替这个为零的元素,并继续完成劳斯行列表。
(2)出现全零行时,系统可能出现一对共轭复根;
或一对符号相反的实根;
或两对实部符号相异、虚部相同的复根。
第六章燃料与燃烧
一、习题考点
1、泥煤的挥发分含量最高。
2、无烟煤的固定碳含量最高。
3、含氢较多的燃料在燃烧时容易形成炭黑。
4、目前我国工程实际中,一般应用煤的低位发热量来进行计算。
5、煤的灰熔点是用变形温度、软化温度、半球温度和流动温度四个特征温度表示的,其值通常用角锥法方法测得。
工业上一般以煤灰的软化温度作为衡量其熔融性的主要指标。
6、根据化学方程式计算出来的燃料完全燃烧时所需的空气量叫做理论空气量。
7、空气系数α的物理意义是实际空气量与理论空气量的比值。
8、燃料一定时,排烟量是由空气系数决定的。
9、液态燃料的燃烧方式分为预蒸发型和喷雾型。
10、燃油的雾化是一个复杂的物理过程。
11、制造乳化油的主要方法有机械法、气动法和超声波法。
12、气态燃料的燃烧方式有扩散式燃烧、完全预混式燃烧和部分预混式燃烧。
13、燃料是指燃烧时能够放出热量或者产生动力(以提供热能或动力为目的),并且伴随着生成光的可燃物质。
14、热平衡方程q1(锅炉的热效率)+q2(排烟热损失)+q3(气体不完全燃烧热损失)+q4(机械不完全燃烧热损失)+q5(散热损失)+q6(燃料屋里热损失)=100%q1+q2+q3+q4+q5+q6=100%
15、降低排烟处空气系数可以降低排烟热损失。
16、在循环流化床锅炉热平衡公式中,q7代表石灰石脱硫热损失。
17、气体未完全燃烧热损失是指排烟中未完全燃烧或燃尽的可燃气体带走的热量所造成的损失,煤粉的气体不完全燃烧热损失最小。
18、燃料当中的碳未完全燃烧所引起的热损失属于q4。
19、生物质与煤混烧技术类型可以大致分为直接混合燃烧、简介混合燃烧和并联燃烧三种类型。
20、工业上,对煤的分析方法包括工业分析和元素分析。
21、选择锅炉燃烧设备、指定运行操作规程和进行节能改造等工作的重要依据主要有煤的挥发分、煤的焦结性、煤的发热量和煤的灰熔点。
22、理论烟气由水蒸气、N2、CO2、SO2等三原子气体组成。
23、标准状况下,燃料燃烧后生成的理论水蒸汽源于燃料中原本还有的水分、有理论空气所带入的水蒸气、燃料中氢元素燃烧生成的水蒸气。
24、只有在不完全燃烧时才会生成的产物有CO、H2、碳氢化合物。
25、燃油燃烧时的配风原则主要有:
必须有根部风;
油雾、空气早期混合要强烈;
应有一个大小和位置都适当的回流区;
后期混合也要强烈。
26、属于影响燃油雾质量的因素有:
油温、油压、油烧嘴的结构、雾化剂的压力和流量。
27、气态燃料的燃烧方式包括:
扩散式燃烧、完全预混式燃烧、部分预混式燃烧。
28、气态燃料完全燃烧时的理论烟气成分有:
水蒸气、N2、CO2、SO2。
29、燃料的发热量:
(也称作热值)是指单位质量或者单位体积(气态燃料)的燃料完全燃烧时所能释放的最大热量。
它是衡量燃料作为能源的一个很重要的组成部分。
高位发热量:
1kg(或1m3)的燃料完全燃烧后所产生的热量叫做燃料的高位发热量,它包括燃料燃烧时生成的水蒸气完全凝结成水放出的汽化潜热。
低位发热量:
1k
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