能源工程导论.docx
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能源工程导论.docx
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能源工程导论
能源工程导论
1.能量(源)利用的基本目的是什么,举例说明?
能源是指能量的来源,是指为人类提供某种形式能量(机械能、热能、电能、化学能等)的自然资源及转化物。
人类通过对于能源的利用,最基本的目标是方便人类的日常生活。
一方面为人类提供有效的日常生活必须物,另一方面,传统能源是有限的,为了能够可持续发展,必须寻找新能源。
例如:
传统能源中,煤、天然气、石油等都是最初用来生火等烤熟食物+,同时提供能量的物资。
但是这些能源的总额在地球上是有限的,所以必须寻找新的能源的替代品,用来替代传统能源。
从地球的长存和人类自身的健康考虑,在寻找替代能源时,该替代能源必须是清洁能源。
2.新能源和可再生能源怎么区分、利用方式如何?
P4
新能源是指传统能源之外的各种能源形式。
它的各种形式都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部深处所产生的热能。
可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源,它是清洁能源,对环境无害或危害极小,而且资源分布广泛,适宜就地开发利用。
新能源及可再生能源主要包括:
水能、生物质能、风能、太阳能、地热能、海洋能、氢能、核能等。
利用方式:
因为新能源和可再生能源具有一定的联系性。
所以,在利用方式上,大致具有共同点。
都是根据能量源的性质特征决定的,并且这些能源都是清姐能源。
◆水能◆ 指水体的动能、势能和压力能等能量资源。
广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源;狭义的水能资源指河流的水能资源。
水能的主要利用于水力发电。
◆生物质能◆ 指由光合作用而产生的各种有机体,是太阳能以化学形式贮存在生物质中的一种能量形式,是一种可再生、永不会枯竭,且对我们地球环境“最友好”的清洁能源之一。
目前其主要应用方式有:
生物质制沼气技术、生物质气化集中供气技术、生物质气化发电技术、燃料酒精、生物质热裂解液化技术等。
◆风能◆ 地球表面大量空气流动所产生的动能。
风能资源受地形的影响较大,世界风能资源多集中在沿海和开阔大陆的收缩地带。
主要利用方式有:
风力提水、风力助航和风力发电,其中风力发电是当今社会风能利用的主要形式。
◆太阳能◆ 一般是指太阳光辐射的能源。
太阳能的利用主要有三种形式:
光热转换、光电转换和光化学转换。
太阳能产品最终目的是为人们的生活服务,太阳能利用设备和建筑一体化是未来发展的趋势。
◆地热能◆ 地球内部的放射性元素不断进行热核反应,产生的巨大热能通过大地的热传导、火山喷发、地震等途径向地表散发,产生了地热能。
地热能主要应用方向有:
地热发电、地热直接利用、地源热泵技术、地热制冷空调技术、地热能梯级综合利用技术。
其中地热发电已经成为某些国家的主要发电方式。
◆海洋能◆ 是海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量,这些能量以潮汐、波浪、温度差、海流等形式存在于海洋中。
海洋能主要包括:
温度差能、盐度梯度能、海流能、潮汐能和波浪能等,主要用于发电。
◆氢能◆ 是氢气通过和氧气的化学反应所产生的能量。
主要通过化石燃料制氢、电解水制氢、生物质制氢等。
主要应用于工业方面,包括宇航推进、超亚音速飞机、车船动力、燃料电池等。
◆核能◆ 又称原子能,包括裂变能和聚变能两种主要形式。
核裂变主要应用于核能发电,技术应用比较成熟。
核聚变则有几大优点:
安全、无污染、高效,核能中聚变能是一种无限、清洁、安全的理想能源。
3.说明饱和水、饱和蒸汽和过热蒸汽的性质?
饱和水:
是工质水处在饱和状态,即这时水的温度是在其对应压力下的饱和温度,如10公斤/平方厘米下水的饱和温度是179。
88度,则在这个压力下的水温度是179。
88度则称其饱和水,
饱和蒸汽:
饱和水受热后产生的蒸汽称为饱和蒸汽。
注意:
压力不变的情况下饱和蒸汽的温度和饱和水的温度是一样的,从热力学的角度讲,水加热到饱和温度后并不能变成蒸汽,它还有吸收一定量的热,即汽化潜热后才能变成蒸汽,但在吸收这部分热量时蒸汽的温度并不升高,所以在温度上并体现不出来蒸汽在吸收热量。
过热蒸汽是把饱和汽集中起来继续加热,在压力不变的状态下当其温度超过该压力下的饱和温度时,这种蒸汽称过热蒸汽。
性质;
饱和水在压力不变的情况下,饱和水受热后将产生饱和蒸汽,其温度下降将使其压力下降,(外功降低)
饱和蒸汽在吸热后达到一定程度后将变、成过热蒸汽,其温度下降将变成饱和水。
过热蒸汽温度在一定范围内升高将增加其内能。
温度下降到一定程度后将变成饱和蒸汽。
4.什么是绝对压力、表压力和真空度?
P9
工程中工质的压力是由压力表或者真空计测量的。
由于压力表本身常处于大气压力作用下,故其所指示的压力并不是工质的绝对压力,而是工质的绝对压力和当时当地的大气压力Pb的差值。
如果被测定的工质的绝对压力P高于大气压力Pb,则压力表的读数以大气压力Pb为零点算起的压力(即压力表测得的压力)称为表压力,用Pg表示。
以绝对真空为零点算起的压力值称为绝对压力,用P表示。
工质的绝对压力P小于当地大气压力时称该处具有真空。
大气压力Pb与绝对压力的差值称为真空值。
真空值与当地大气压力比值的百分数称为真空度, 即真空度=×100%。
真空度和绝对压力都是绝对单位
5.什么是蒸汽轮机采用的“郎肯循环”?
P38
以水蒸气为工质的火力发电厂中,让饱和蒸汽在锅炉的过热器中进一步吸热,然后过热蒸汽在汽轮机内进行绝热膨胀做功,汽轮机排汽在凝汽器中全部凝结成水。
并以水泵代替卡诺循环中的压缩机使凝结水重又进入锅炉受热,这样组成的汽水基本循环,称之为朗肯循环。
朗肯循环的主要设备是蒸汽锅炉、汽轮机、凝汽器和给水泵四个部分。
⑴.锅炉:
包括省煤器、炉膛、水冷壁和过热器,其作是将给水定压加热,产生过热蒸汽,通过蒸汽管道,送入汽轮机。
⑵.汽轮机:
蒸汽进入汽轮机绝热膨胀做功将热能转变为机械能。
⑶.凝汽器:
作用是将汽轮机排汽定压下冷却,凝结成饱和水,即凝结水。
⑷.给水泵:
作用是将凝结水在水泵中绝热压缩,提升压力后送回锅炉。
循环过程:
作为工质的给水在经除氧器除氧后,经给水泵升压后打进锅炉省煤器内,这个过程为水的尽热压缩过程;水在省煤器内预热,然后进进锅炉炉膛水冷壁内被加热成饱和蒸汽,再流经过热器被加热成过热蒸汽,这个过程为定压加热过程;从锅炉出来的过热蒸汽,经蒸汽管道进进汽轮机中,进行膨胀做功,这个过程为尽热膨胀过程;做完功后的蒸汽被排进凝汽器中进行冷却,放出热量凝聚成水,这个过程为定压放热过程。
凝聚水再通过除氧器以及给水泵等被重新送回锅炉加热,从而完成了一个循环过程。
朗肯循环'>朗肯循环的实现,主要是靠工质在动力及热力设备中完成吸热、膨胀、放热、压缩这四个过程。
6.什么是“热量㶲”和“冷量㶲”?
P53
(热量用:
热量是一个系统通过边界以传热的方式传递能量。
系统所传递的热量在给定的环境条件下,用可逆的方式所能作出的最大有用功称为热量的用。
热量中的用是热量本身的固有特性。
冷量用:
冷量也是热量,它是系统在低于环境温度下通过边界所传递的热量。
所以,冷量用也就是温度低于环境温度的热量用。
冷量用为一个负值,意味着系统从冷物体或冰库中吸收冷量时放出了用,而放出冷量的冷物体或冰库则得到了用。
冷量用也是冷量的一个固有特性。
)
温度为
的环境条件下,系统(
)所提供的热量中可转化为有用功的最大值是热量用,用
表示。
设以环境为冷源,系统为热源,它是变温热源。
如图所示,设想有一系列微元卡诺机在它们之间工作,每
一卡诺循环作出的微元净功,即系统提供的热量
中的热量用
为:
则热量无
Q的热量用为循环工质对过程积分,即:
对于可逆过程而言:
在T-s图上,过程A-B表示系统的供热过程,A-B下面的面积代表热量Q,则可逆机的循环净功面积12341表示热量用
;排向环境的热量,即面积34563表示热量无
,显然同样大小的热量,供热温度越高,则
越小,
越小,
越大;而与环境温度相同的系统所放出的热量,则不具有热量用。
若系统以恒温T供热,则相应的热量用和热量无为:
热量用是过程量,环境状态一定时还与系统供热温度变化规律有关。
热量用是能量本身的属性,由于
,
与
方向相同,系统放出热量
的同时也放出了热量用。
冷量用
温度低于环境温度
的系统(
),吸入热量
时作出的最大有用功称为冷量用,用
表示。
以简单的恒温系统吸热为例,这时以环境为热源,系统为冷源,其间设想有一可逆卡诺机,系统吸热
时作出的最大有用功称为冷量用,即:
由循环的能量守恒关系式:
,代入上式得:
冷量无为循环从环境中的吸热量,即:
式中
为系统吸热时的熵变,因而得出:
在T-s图上(见下图(a)),冷量用为面积1-2-3-4-1,冷量无为面积3-4-5-6-3,因
,由式(5-)可知,
与
方向相反,即系统吸热时放出冷量用(系统的用减少),利用它对外作功;系统放热,则得到冷量用(系统用增加),这时外界提供最小有用功。
通常,要使制冷系统中冷库温度降低并维持低温,必须从系统取出热量(或者说得到冷量),而环境以外的外界必须提供最小有用功,因而有冷量用之称。
7.说明什么叫“正向循环”和“逆向循环”?
动力循环都是正向循环,它是以部分热量从高温热库传向低温热库作为补偿条件,来实现热能转换成机械能(功)的目的。
一个卡诺热机工作于两个恒温热库之间。
假定工质为1kg的理想气体,ab为等温吸热过程,bc为绝热膨胀降温过程;cd为等温放热过程;da为绝热压缩升温过程。
工质从初态a出发,经历一个正向卡诺abcda又回到初态。
制冷装置及热泵都是按逆向循环工作的,其工作原理是以消耗一定代价(如功量转换成热量或热量自高温传向低温等能质下降的过程为代价)作为补偿条件,而使热量从一个低温区传向高温区。
如果实施逆向循环的目的是要维持低温区持续的低于环境温度,而不断从低温区吸取热量,则为制冷装置;若目的是要维持高温区持续的高于环境的温度,而不断地向高温区供热,则称热泵装置。
逆向循环与正向循环经历相同的过程,仅是绕向(逆时针方向)不同而已。
8.能源使用过程需要考虑哪些最基本的问题?
要加强需求方面的管理,提高能源利用效率,减少对于能源的依赖。
宏观上:
第一,涉及经济的可持续发展和中国在国际产业链中的定位。
过去老谈中国会成为世界工厂,近两年因为能源问题发现中国的能源资源根本支撑不了这样的发展速度。
第二,能源问题也涉及落实科学发展观及环境污染、经济运行质量等问题。
投入这么多能源,GDP在哪儿?
财富在哪儿?
过去只注重供应,未来要更加注重供应情况下的利用效率,注重节能;过去可能只是注重促进经济的发展,未来还要注重在利用能源的时候保护环境。
能源的第一,它的形成有一个历史过程。
盲目投资和产能过剩涉及地方政府的面子工程或政绩工程,地方和中央的博弈问题不能说不存在,至少目前很多迹象表明是存在的。
第二,现在的价格体系没有理顺。
由于能源便宜、环保污染成本低,倡导节能并不容易。
全国价格工作会议上说要把六项能源包括水、电、气要往上调整,但是这面临很多问题。
短期治理调到位很困难。
第三,有关能源的法律法规特别是能源价格的配套立法没有跟上。
(安全问题,成本问题,污染问题,可持续利用问题,使用效率问题,节约使用问题。
)
由于能源在使用时具有广泛性、连续性、替代性、一次性及不易储存等特点。
因此需要考虑到下面的基本问题:
1.能源使用的安全问题。
2.能源使用的成本问题
3.能源使用的污染问题
4.能源使用的可持续问题问题
5.能源使用的使用效率问题
6.能源使用的节约使用问题
9.你觉得未来的新能源将来自哪里,有何特征?
波能、可燃冰、煤成气、微生物、绿藻将成为人类广泛应用的新能源。
波能:
即海洋波浪能。
这是一种取之不尽、用之不竭的无污染再生能能源。
据科学家推测,地球上海洋波浪蕴藏的电能高达90万
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