«Общая теплотехника» изучается при подготовке инженеров самых разнообразных специальностей. Часто в пределах одного ВУЗа можно встретить значительное количество специальностей с разным отраслевым уклоном, где теплотехника представлена в той или иной мере. Разнообразными являются не только специальности но и время, отведенное в учебном плане, и место по последовательности изложения отдельных дисциплин, определяющих уровень общетехнического развития студента. Все это создает известные трудности при написании учебника общей теплотехники.
Авторы поставили перед собой цель создать книгу небольшого объема, которая содержала бы расширенный круг вопросов, приемлемый для наибольшего количества специальностей, сохраняя при этом целостность характера изложения дисциплины. Естественно, книга должна по своему содержанию соответствовать общей тенденции к углублению знаний в области инженерного образования и современному состоянию науки.
Поставленная задача требует отказа от включения конкретных отраслевых материалов. Предполагается, что их изложение входит в обязанности и компетенцию лектора дисциплины, который также в зависимости от профиля и предоставленного времени сокращает и исключает определенные вопросы из рассмотрения.
Структура книги в практической части выдержана в соответствии с элементами теплосиловой установки. При этом каждый раздел представляет самостоятельную часть курса. Теория паровых, газовых турбин и турбокомпрессоров изложена с учетом общих принципов преобразования энергии в турбомашинах.
В специальном разделе рассмотрены вопросы экономичности теплосиловых установок и перспективы ее повышения
В книге Международная система единиц измерения (СИ) (ГОСТ 9867—6П ппинята как основная.
Отдельные разделы книги написаны: М. М. X а з е н Введение.
Раздел первый. Техническая термодинамика.
J Раздел пятый. Тепловые турбомашины (паровые и газовые турбины, турбокомпрессоры, вентиляторы).
Раздел шестой. Теплосиловые установки. Ф. П. Казакевич. Раздел второй. Теплопередача.
Раздел третий. Топливо, горение, котельные установки.
М. Е. Грицевский. Раздел четвертый. Поршневые машины
(паровые машины, двигатели внутреннего сгорания, поршневые компрессоры).
Авторы выражают благодарность профессору Московского энер,-гетического института докт. техн. наук М. П. Вукаловичу, канд. техн. наук доценту того же института А. А. Александрову, коллективу кафедры теплотехники Московского текстильного института, сделавшим ценные замечания при рецензировании рукописи.
ВВЕДЕНИЕ
Создание теплотехники как науки тесно связано с изобретением паровой машины, положившей начало промышленному преобразованию природных тепловых ресурсов (топлива, ядерного горючего, солнца и др.) в работу. С этого времени основной областью исследований в теплотехнике была область повышения тепловой экономичности теплосиловых установок. В настоящее время, несмотря на высокий уровень энергетической техники, возможности повышения их тепловой экономичности еще далеко не исчерпаны.
Схема теплосиловой установки содержит несколько ступеней преобразования энергии. Сперва энергия первичных ресурсов передается так называемому рабочему телу (пару либо газу), затем энергия рабочего тела превращается в механическую (в тепловом двигателе). Далее происходит преобразование механической энергии в электрическую (в электрическом генераторе).
Электрическая энергия как ступень в рассматриваемом преобразовании имеет значение, как энергия, используемая для целей транспортировки и распределения. Окончательно она преобразовывается непосредственно у потребителя в механическую работу (с помощью электродвигателей) или используется в зависимости от потребности по другому назначению. Внедрение электрической энергии во все отрасли народного хозяйства и быт, или электрификация нашей страны, имеет, как известно, большое народнохозяйственное и политическое значение. «Электрификация, являющаяся стержнем строительства экономики коммунистического общества,— говорится в Программе КПСС,— играет ведущую роль в развитии всех отраслей народного хозяйства, в обеспечении всего современного технического прогресса». Отсюда внимание, которое уделяется изучению и усовершенствованию электрической станции как теплосиловой установки для генерирования электрической энергии, вполне оправдано.
В некоторых случаях по техническим условиям в схеме тепло силовой установки отсутствует последнее звено — преобразование в электрическую энергию, например, в транспортных установках, вспомогательных энергетических установках и др., где тепловой двигатель приводит в движение непосредственно исполнительный механизм — колесо локомотива, винт судна, или рабочую машину — насос, компрессор, вентилятор и др.
Советский народ успешно претворяет в жизнь ленинские идеи электрификации СССР. С каждым годом вырабатывается все больше электрической энергии, сооружается значительное количество новых мощных тепловых электростанций, завершается строитель- , ство новых линий электропередач.
Большие научно-технические задачи решаются на основе выдающихся достижений советской науки в области строительства паровых и газовых турбин, котлов и другого важнейшего тепло--технического оборудования.
Возникают и решаются новые проблемы, направленные к сокращению числа ступеней преобразования энергии и к прямому получению электрической энергии из тепла. Например, проблемы использования магнитно-гидродинамического генератора, прямого получения электрической энергии из топлива, преобразования энергии с применением полупроводниковых материалов и др.
Энергия природных энергетических ресурсов используется широко не только для преобразования в работу на тепловых электростанциях и другого рода теплосиловых установках, но и для преобразования в тепло, используемое непосредственно в самых разнообразных отраслях народного хозяйства*
Изучение устройства тепловых машин и тепловых агрегатов, применяемых современной теплотехникой, процессов, происходя- ' щих в них, а также теоретических основ, которым последние подчинены, является предметом дисциплины общей теплотехники.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие................... 'З
Введение .................... 5
Раздел "первый Техническая термодинамика
'• Глава 1. Общие сведения. Физические основы ........ 7
§ 1. Предмет и метод технической термодинамики ..... 7
§ 2. Основные параметры состояния рабочего тела ..... 9
§ 3. Физическое состояние рабочих тел. Идеальный газ .... 10 § 4. Уравнение состояния для однородного идеального газа ... 12
§ 5. Газовые смеси................ 13
§ 6. Приведение объемного расхода газа к условным параметрам . 15
§ 7. Теплоемкость газа ............... 16
Глава П. Первый закон термодинамики......... 19
§ 8. Принцип эквивалентности тепла и работы....... 19
§ 9. Обратимые и необратимые процессы ........ 20
§ 10. Аналитическое выражение первого закона термодинамики . . 23 § 11. Выражение для работы изменения объема тела в процессе . 25
§ 12. Изменение внутренней энергии рабочего тела...... 28
§ 13. Количество тепла в термодинамическом процессе при v— const 30 | 14. Энтальпия рабочего тела. Количество тепла в термодинамическом процессе при р== const............. 31
§ 15. Выражение первого закона термодинамики через энтальпию . 33 Глава III. Приложение первого закона термодинамики к термодинамическим процессам и течению газа . . ". ......... 36
§ 16. Обратимый изохорный процесс для идеального газа ... 36 § 17. Обратимый изобарный процесс для идеального газа ... 37 § 18. Обратимый изотермический процесс для идеального газа . . 38
§ 19. Адиабатный процесс для идеального газа ......, 39
§ 20. Политропные процессы для идеального газа...... 42
§ 21. Адиабатный процесс истечения............ 44
Глава IV. Второй закон термодинамики ......... 46
§ 22. Круговой, или циклический процесс ........ 46
§ 23. Цикл Карно ................. 50
§ 24. Понятие об энтропии .............. 54
§ 25. Изменение энтропии при необратимых процессах ..... 55 § 26. Аналитическое выражение второго закона термодинамики для
изолированной системы ........ . . 57
§ 27. Тепловая Г «-диаграмма ....:.. . . 59
§ 28. Работоспособность, или эксергия .......... 62
§ 29. Применение работоспособности к изучению термодинамической
эффективности процессов теплосиловой установки .... 65
Глава V. Процесс компрессорных машин......... 70
§ 30. Одноступенчатый компрессор........... 70
§ 31. Многоступенчатое сжатие............. 73
§ 32. Процесс в турбокомпрессоре ........... 75
Глава VI. Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания . . 78
§ 33. Цикл с подводом тепла при t»=const ....... 78
§ 34. Цикл с подводом тепла при p=const ........ 80
§ 35. Цикл со смешанным подводом тепла.......... 81
§ 36. Сравнение циклов двигателей внутреннего сгорания ... 82
Глава VII. Циклы газовых турбин и реактивных двигателей . . 85
§ 37. Цикл газотурбинной установки с подводом тепла при p=const 85
Идеальный цикл газотурбинной установки (ГТУ)..... 85
Влияние потерь на работу ГТУ ......... 89
§ 38. Цикл газотурбинной установки с подводом тепла при u=const 94 § 39. Сравнение циклов ГТУ с подводом тепла при p=const и при
f=const ................... 95
§ 40. Цикл реактивных двигателей ........... 96
Глава У III, Водяной пар .............. 97
§ 41. ру-диаграмма водяного пара. Основные определения . . . 97
§ 42. Основные параметры пара ............ 99 .
§ 43. Энтальпия водяного пара............. 100
§ 44. Ts-, is- и (е, Os-Диаграммы водяного пара . ..... 102
§ 45. Основные термодинамические процессы пара ...... 107
Глава IX. Термодинамические циклы паросиловых установок , . . 108
§ 46. Циклы Карно и Рэнкина для водяного пара ...... 108
§ 47. Цикл с неполным расширением........... 112
Глава X. Способы повышения к.п.д. паротурбинного цикла ... 113
§ 48. Общие сведения. Роль параметров пара ....... 113
§ 49. Регенеративный цикл паротурбинной установки ..... 116
§ 50. Регенеративный подогрев питательной воды в реальной паротурбинной установке.............. 119 ..
§ 51. Бинарные циклы................ 125
§ 52. Термодинамические основы теплофикации ....... 128
Главу. XI. Меры повышения экономичности газотурбинного цикла . 131
§ 53. Общие сведения. Цикл с регенерацией тепла ...... 131
§ 54. Многоступенчатый подвод тепла при многоступенчатом охлаждении и регенерации ............... 135 ^
§ 55. Парогазовый цикл............... 136^
\ Глава XIIJ Истечение газов и паров (сжимаемой жидкости) из сопел 139
?"56. Изоэнтропийное истечение из сопел . ,....... 139
§ 57. Форма, которой должен удовлетворять насадок при истечении 141 § 58. Соотношение между давлением, скоростью звука и скоростью
потока. Критическая скорость. Секундный расход..... 143
§ 59. Расчетные формулы истечения в зависимости от формы сопла . 146
§ 60. Действительная скорость истечения ......... 149
§ 61. Применение эксергии при рассматривании необратимых процессов течения................... 153
§ 62. Дросселирование, или мятие газов и паров ....... 154
§ 63. Течение газов в косом срезе суживающихся сопел .... 155
Глава XIII. Влажный воздух .............• 157
§ 64. Параметры влажного воздуха ........... 157
§ 65. (d-диаграмма влажного воздуха.......... 160
Глава XIV. Циклы холодильных машин .......... 162
§ 66. Цикл воздушной холодильной машины ........ 162
§ 67. Цикл паровых компрессорных холодильных машин .... 163
Раздел второй
Теплопередача
Виды теплообмена .... ...........165
Глава I. Теплопроводность . ............166
§ 1. Основной закон теплопроводности.........166
§ 2. Теплопроводность плоской стенки .........168
Однородная стенка...............168
Многослойная стенка.............. 169
§ 3. Теплопроводность цилиндрической стенки .......170
Однородная стенка ...............170
Многослойная стенка..............171
§ 4. Нестационарная теплопроводность......... 171
Глава П. Конвективный теплообмен........... 172
§ 5. Основные понятия ...............172
§ 6. Понятие о теории подобия ............ 174
§ 7. Эмпирические формулы конвективного теплообмена ... 177
Теплоотдача при турбулентном движении жидкости в трубах 177
Теплоотдача при поперечном обтекании одиночной трубы . . 178
Теплоотдача при поперечном обтекании труб ...... 179
Теплоотдача при свободном движении жидкости ..... 180
Глава III. Теплоотдача при кипении и при конденсации .... 181
§ 8. Теплоотдача при кипении жидкости ......... 181
§ 9. Теплоотдача при конденсации пара ......... 182
Глава IV. Теплообмен путем излучения........ . 183
§ 10. Основные понятия............... 183
§ 11. Основные законы теплового излучения ........ 184
§ 12. Теплообмен излучением между телами .,,..... 185
§ 13. Излучение газов ............... 187
Глава V. Сложный теплообмен. Расчет теплообменник аппаратов , . 187
§ 14. Сложный теплообмен............... 187
§ 15. Теплопередача через плоскую и цилиндрическую етенкн . . 188
Теплопередача через плоскую одно- и многослойную стенку . . ] Теплопередача через одно- и многослойную цилиндрическую
стенку .................... ]
§ 16. Расчет теплообменных аппаратов .......... ]
Раздел третий
Топливо, процесс горения и котельные установки
Глава I. Топливо ............ ... 1
§ 1. Понятие о топливе и его классификация ........ ]
§ 2. Состав топлива............... , ]
§ 3. Теплота сгорания топлива. Понятие об условном топливе . . ]
§ 4. Разновидности топлива............. J
Глава II. Процесс горения............... 2
§ 5. Общие понятия о процессе горения ......... S
Горение гомогенных смесей ............ 5
Особенности горения твердого топлива ........ S
Особенности горения жидкого топлива ........ 2
§ 6. Технические расчеты горения ........... 2
Количество воздуха, необходимое для горения ...... 2
Состав и количество продуктов сгорания ........ 2
§ 7. Энтальпия продуктов сгорания топлива....... . S
Глава III. Котельные установки............ 2
§ 8. Основные понятия и определения.......... 2
Назначение и классификация котельных установок . . , ."• 2
Элементы котельной установки ........ ... S
Устройство простейшего парового котла ........2
§ 9. Тепловой баланс котельного агрегата.........* 2
Уравнение теплового баланса......... . . S
Полезно использованное тепло и к.п.д. котельного агрегата . . % Потери тепла с уходящими газами .......... ^8
Потери от химической неполноты горения ......" 2
Потери от механической неполноты сгорания......*И
Потери тепла от наружного охлаждения котлоагрегата ... b;jj Потери тепла с физическим теплом шлаков .......'*^ S
§ 10. Топочные устройства..............ИЗ
Теоретическая температура горения ......... те!
Температура газов на выходе из топки и коэффициент прямой от. ж
дачи топки.................. '''да|
Методы сжигания топлива и классификация топочных устройств ^"8
Слоевые топки . . ..............* lqj
Камерные топки для сжигания твердого топлива . . . . • \ 1
Топки для сжигания жидкого топлива ........ S
Топки для сжигания газообразных топлив....... . |
§ 11. Конструкция паровых котлов ..........и
Циркуляция воды в паровых котлах ......... Я
Конструкция котлов . . '............. 2
Котлы с принудительной циркуляцией....... . . - »
§ 12. Вспомогательные поверхности нагрева ........1
Пароперегреватели................ |
Водяные экономайзеры ............ . 1
Воздухоподогреватели .............."Л
§ 13. Водный режим и качество пара паровых котлов .....»1
Требования к качеству питательной и котловой воды . . . 246
Способы обработки воды ............. 247
Продувка котла................. 249
Сепарация пара от влаги ............. 249
§ 14. Вспомогательное оборудование котельной ....... 250
Тяговые и дутьевые устройства ........... 250
Питательные насосы и трубопроводы ......... 251
Паропроводы................. 252
Устройства для очистки дымовых газов ........ 252
§ 15. Понятие о тепловом расчете котельного агрегата ..... 253
Задача теплового расчета............. 253
Расчет теплообмена в топке ............ 254
Понятие о тепловом расчете конвективных поверхностей нагрева . 255
Раздел четвертый Поршневые машины
Глава I. Паровые машины.............. 258
§ 1. Общие сведения о паровых машинах....... . 258
§ 2. Схема устройства и принцип действия паровой машины . . . 258 § 3. Действительная индикаторная диаграмма. Потери тепла в машине.................... 261
§ 4. Определение мощности паровой машины, к.п.д. и расхода пара 263
§ 5. Регулирование мощности паровых машин ....... 266
Глава II. Двигатели внутреннего сгорания ......... 267
§ 6. Общие сведения. Принцип работы двигателей внутреннего сгорания..................., 267
§ 7. Фазы газораспределения четырехтактных двигателей . . . 270
§ 8. Способы продувки двухтактных двигателей . . . . . . 271
§ 9. Классификация двигателей внутреннего сгорания .... 273
§ 10. Смесеобразование в двигателях высокого сжатия ..... 275
§ 11. Смесеобразование в двигателях низкого сжатия ..... 277
§ 12. Индикаторная диаграмма и мощность двигателей..... 278
§ 13. Тепловой баланс и показатели экономичности работы двигателей 282
§ 14. Конструкция двигателей ............ 284
§ 15. Газовые и карбюраторные двигатели ' ........ 295
Глава III. Поршневые компрессоры........... . 299
§ 16. Действительная индикаторная диаграмма поршневого компрессора ............... ..... 299
§ 17. Производительность и мощность компрессора ...... 301
§ 18. Многоступенчатое сжатие ............ 302
§ 19. Конструкция поршневого компрессора ........ 303
§ 20. Клапаны поршневых компрессоров.......... 305
§ 21. Вспомогательное оборудование и регулирование производительности поршневых компрессоров.......... 305
§ 22. Ротационные компрессоры............ 307
-. Раздел пятый
Тепловые турбомашины (паровые и газовые турбины,
турбокомпрессорные машины) Глава I. Общие сведения о тепловых турбомашинах. Рабочий процесс
турбомашины '................ . . '. 309
§ 1. Принцип работы тепловой турбомашины и схема ее конструкции 309
„ лчк.
§ 2. Кинематика потока в ступени турбины ........ 31'
§ 3. Кинематика потока в ступени компрессора ...... 31(
1. Осевой компрессор ............... 31(
2. Центробежный компрессор ........... ЗН
§ 4. Основные геометрические характеристики и параметры решетки
лопаток ................ 32С
§ б. Уравнение моментов для ступени турбомашины ..... 324
§ 6. Потери в ступени и к.п.д., отнесенные к окружности колеса 325
§ 7. Внутренний к.п.д. ступени .......... 334
§ 8. Многоступенчатые турбомашины. Общие сведения .... 336
§ 9. К.п.д. многоступенчатой турбомашины ........ 345
Глава II. Паровые турбины.............. 34(
* § 10. Типы паровых турбин .............. 34(
§ 11. Паровые турбины малой мощности ......... 34S
§ 12. Паровые турбины большой мощности........ 34?
§ 13. Принципы регулирования паровых турбин ...... 351
§ 14. Характеристики паровых турбин .......... 3{И
§ 15. Примеры конструкций паровых турбин ........ 35J
§ 16. Основные детали паровой турбины ......... 36С
§ 17. Конденсационные устройства........... 36i
Глава III. Газовые турбины ............. 365
§ 18. Одновальная газотурбинная установка ГТУ ...... 36?
§ 19. Теплотехнические мероприятия по усовершенствованию газотурбинной установки .............. 36J
Регенерация тепла . . ............ 36?
Промежуточное охлаждение ............ 37С
Промежуточный подвод тепла.......... 37С
Использование тепла уходящих газов для внешних нужд . . 375
§ 20. Многовальные газотурбинные установки ....... УК
§ 21. Газотурбинная установка замкнутого цикла ...... ЗН
§ 22. Сочетание газовой турбины с двигателем внутреннего сгорания 37J
§ 23. Примеры конструкций газотурбинных установок ..... 371
§ 24. Камеры сгорания ГТУ ............. 37S
Глава IV. Вентиляторы ............... 382
§ 25. Общие сведения о вентиляторах . ........ 38'
§ 26. Подобие вентиляторов .............. 38?
§ 27. Классификация и выбор вентиляторов ........ 38?
§ 28. Характеристика вентилятора и сети ......... 38^
§ 29. Совместная работа вентилятора......... . 38t
Раздел шестой Теплосиловые установки (ТСУ)
Глава I. Общие сведения о теплосиловых установках ...... 39С
§ 1. Методика изучения процессов теплосиловой установки ... 39(
§ 2. Общие требования при выборе типа теплосиловой установки . 39S
Цена: 300руб.
