Шатров

Энергоресурсы и Энергоносители

Энергоемкость при производстве и энергоемкость при совершении работы

Показатели энергоемкости транспортной продукции

Показатели энергоемкости определяют количественнукю характеристику потребленного топлива или энергии, затраченной на выполнение работы при осуществлении основных технологических процессов изготовления, ремонта, утилизации. Характеризуют энергетическую рациональность конструкции и совершенство технологических процессов в части их энергопотребления.

1. Пассивная и активная экономия энергии
2. Методы снижения энергозатрат на транспорте: технические, технологические, организационно-управленческие

Методы снижения энергозатрат:

Эффективное использование энергетических ресурсов достигается с помощью мероприятий, направленных на достижение экономически оправданных показателей энергоэкономичности применяемых технических систем при соблюдении требований по охране окр.среды. Сокращение непроизводительных расходов энергетических ресурсов, обусловленных нарушением требований в процессе эксплуатации используемых транспортных средств и оборудования гос.стандартов и технологических регламентов.

Использование альтернативных видов топлива, благодаря чему можно сократить или заменить более дорогие и дефицитные энергетические ресурсы. Применение возобновляемых источников энергии для обеспечения функционирования транспортных предприятий.

1 Топлива как источник энергии

1. Классификация топлив. Требования, предьявляемые к автомобильным топливам

К топливам предъявляется следующий комплекс требований:

• высокая теплота сгорания;
• определённый фракционный составтермическая стабильность;
• отсутствие серы, механических примесей и воды;
• заданные уровни способности к воспламеняемости (дизельное топливо) и склонности к детонации (бензин);
• способность к смесеобразованию и сгоранию для получения необходимой скорости сгорания на всех режимах работы, включая пуск при низких температурах;
• полнота сгорания и минимально возможное образование токсичных продуктов сгорания, сажи, и коррозийно-агрессивных продуктов;
• стабильность при хранении и транспортировке;
• пожарная и токсикологическая безопасность;
• возможность массового производства при приемлемой стоимости.

Виды топлива:

бензиновое, дизельное, альтернативные источники (Кислородосодержащие: спирт, эфир, биотопливо;

Газообразные топлива: сжатые газы, сжиженные газы, водород; Синтетические топлива; Смесевые топлива)

1. Теплофизические и эксплуатационные характеристики твердых, жидких и гахообразных топлив

Бензин представляет собой смеси углеводородов.

Теплофизические свойства: диапазон температур 40-2000С;

эксплуатационные свойства: прокачиваемость, склонность к образованию отложений, коррозионная активность.

Дизель получают из фракций прямой перегонки нефти.

Теплофизические свойства: диапазон температур для Л 0 0С и выше, для З -200С и выше, для А -50 0С и выше.

Важные эксплуатационные важные свойства: испаряемость дизельного топлива, воспламеняемость, низкотемпературные свойства.

Спирты имеют большое октановое число, чем у бензинов. Однако у них низкая теплота сгорания, коррозионность, высокая теплота испарения и гигроскопичность.

Эфиры имеют высокое цетановое число, а из-за наличия кислорода при сгорании мало склонен к дымлению.

Синтетические топлива получаются из каменного угля и природного газа в виде синтетических бензинов и дизельных топлив. По сравнению с традиционными, у них меньшая теплота сгорания, большее содержание серы и соединений азота и выше температура застывания.

Водотопливные эмульсии существенно уменьшают содержание в ОГ оксидов азота и сажи, а также повышают эффективность использования дизельных топлив. Эмульсии за счёт улучшения смесеобразования с воздухом из-за “микровзрывов” капель воды уменьшают температуру пламени, повышают полноту сгорания. Однако эмульсии склонны к расслоению с топливом, поэтому их невозможно использовать при низких температурах

1. Альтернативные топлива для автомобильного транспорта

2 Термодинамическая системы, рабочее тело и термодинамические процессы

1. Теплоемкость газов и их смесей

Теплоёмкость системы (рабочего тела) в общем случае называется количество теплоты, необходимой для повышения температуры системы на 1 К или 1 0С в определённом термодинамическом процессе.

Полная теплоёмкость С измеряется в Дж/К. Чтобы использовать теплоёмкость в качестве теплофизического параметра вещества, её относят к какойлибо единице вещества (массе, количеству, объёму), а также в общем случае указывают тип процесса, в котором происходит подвод теплоты к Рабочему телу.

В зависимости от выбранной единицы измерения количества вещества (1кг, 1 кмоль, 1 м3) различают следующие виды удельной теплоёмкости: массовую теплоёмкость с, Дж/(кг*К); молярную теплоёмкость cή, Дж/(кмоль*К); объёмную теплоёмкость c’, Дж/(м3*К).

Объёмную теплоёмкость определяют для объёма, взятого при нормальных физических условиях (НФУ). Указанные теплоёмкости взаимосвязаны следующими формулами для определения видов удельной теплоёмкости: c= cμ /μ ;c '= cμ /vμ ;c '=cρ 0, где vή- объём одного киломоля при НФУ, vή=22,4 м3/кмоль; ρ0-плотность рабочего тела при НФУ, кг/м3; ή- молярная масса рабочего тела, кг/моль.

1. Уравнения состояния идеального газа

Уравнение состояния устанавливает связь между давлением, температурой и удельным объемом (плотностью)среды постоянного состава. Для 1кг идеального газа: pν=RT; p=ρRT. R-индив.газовая постоян.(Дж/(кг*К)).

Для Мкг ид.газа: pV=MRT.

Для 1 киломоля идеального газа : p𝑣𝜇=𝑅𝜇T,

где R𝜇– универсальная газовая постоянная.

1. Термодинамические процессы

Основными процессами в термодинамике являются:

▪ изохорный, протекающий при постоянном объеме; v = const. p/T = R/v = const,

▪ изобарный, протекающий при постоянном давлении; p = const. v/T = R/p = const

▪ изотермический, происходящий при постоянной температуре; T = const, pv = RT = const

▪ адиабатный, при котором теплообмен с окружающей средой отсутствует;

▪ политропный, удовлетворяющий уравнению pvn= const.

Изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный процессы являются частными случаями политропного процесса.

При исследовании термодинамических процессов определяют:

▪ уравнение процесса в p—v иT—s координатах;

▪ связь между параметрами состояния газа;

▪ изменение внутренней энергии;

▪ величину внешней работы;

1. Первый закон термодинамики

Первый закон термодинамики есть частный случай всеобщего закона сохранения энергии, в соответствии с которым энергия не исчезает и не создаётся вновь, она может лишь передаваться от одного тела к другому или превращаться из одного вида в другой в равных количествах.

В соответствии с первым законом термодинамики в закрытой термодинамической системе алгебраическая сумма изменения энергетических составляющих системы равна нулю.

В общем случае в систему могут входить следующие энергетические составляющие: энергия в форме теплоты Q; внутренняя энергия U, равная внутренней кинетической энергии определяемой тепловым движением микрочастиц, и внутренней потенциальной энергии, зависящий от сил взаимодействии микрочастиц, U=Uкин+Uпот.

Для идеального газа внутренняя потенциальная энергия равна нулю и тогда U=Uкин. Для идеального газа изменение внутренней энергии определяют по выражениям: для 1 кг∆u=cu(T2-T1); для M кг ∆U=cuM(T2-T1); для 1 кммоля ∆u=cήu(t2-T1); для N кмолей ∆U=cήuN(T2-T1)

3 Термодинамические циклы тепловых машин

1. Показатели цикла тепловой машин. Цикл Карно
2. Цикл теплового двигателя с подводом теплоты при постоянном обьеме

А. Процесс цикла Отто. В этом цикле вся теплота q1 подводится в изохорном процессе 3-2, а в процессе 4-1 происходит изохорный отвод теплоты q2. Количество подводимой теплоты
q1=cu(TzTc)=cu*Ta*ὲ k-1 (λ-1); Количество отводимой теплоты q2=сu(Tb-Ta)=cuTa(λ-1);
Термическ КПД ήt= 1- 1/ ε k−1 ; Среднее давление цикла pt= pa ε k /(ε−1)(k−1) Основными параметрами процессов этих циклов являются: степень сжатия ὲ - отношение полного объёма цилиндра к объёму камеры сжатия, =ὲ Va/Vc; степень повышения давления λ-отношение давления в верхней мёртвой точке цикла после подвода теплоты при u=const к давлению конца процесса сжатия, λ=pz/pc (для цикла Дизеля λ=1); доля теплоты q1’, подводимой в изохорном состоянии, ко всей подводимой теплоте q1(в изохорном (q1’) и изобарном (q1’’) процессах), xv= q1/q1 (в циклах Дизеля xu=0, Тринклера 0<xu Отто xu=1,0); степень
предварительного расширения ρ – отношение объёма после подвода теплоты при p=const к объёму рабочего тела в верхней мёртвой точке, ρ=uz/uz (для цикла Отто ρ=1); степень последующего расширения δ – отношение максимального объёма рабочего тела в цикле к объёму рабочего тела после предварительного расширения, δ=ub/uz=ua/uz= /ρ (для цикла Отто δ= ).

1. Цикл теплового двигателя со смешанным подводом теплоты

Б. Процесс цикла дизеля. В этом цикле вся теплота q1 подводится в изобарном процессе 2-3, а в процессе 4-1 происходит изохорный отвод теплоты q2. Основными параметрами процессов этих циклов являются: степень сжатия ὲ - отношение полного объёма цилиндра к объёму камеры сжатия, =ὲ Va/Vc; степень повышения давления λ-отношение давления в верхней мёртвой точке цикла после подвода теплоты при u=const к давлению конца процесса сжатия, λ=pz/pc (для цикла Дизеля λ=1); доля теплоты q1, подводимой в изохорном состоянии, ко всей подводимой теплоте q1(в изохорном (q1) и изобарном (q1) процессах), xv= q1/q1 (в циклах Дизеля xu=0, Тринклера 0<xu

4 Основные законы переноса теплоты

1. виды теплообмена: теплопроводность, конвекция, излучение
2. Теплопроводность. Теплоизоляция
3. Конвективный теплообмен
4. Теплообмен излучением. Экраны
5. Сложный теплообмен и теплопередача

Сложный теплообмен - процесс переноса теплоты между потоком излучающего газа и стенкой также является результатом совокупного действия конвективного теплообмена и теплового излучения; это так называемый сложный теплообмен. Здесь в качестве основного явления обычно принимается конвекция.

Теплопередача - процесс передачи теплоты от одной жидкой или газовой среды в другую, через разд��ляющую их стенку.

2 определение теплопередачи: Теплопередача — физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к менее горячему, либо непосредственно, или через разделяющую перегородку из какого-либо материала.

1. Теплообменные аппараты

Теплообменные аппараты (ТОА), – устройства, в которых осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя холодному (нагреваемому). Теплоносителями могут быть газы, пары, жидкости. В зависимости от назначения теплообменные аппараты используют как нагреватели и как охладители. ТОА широко применяют в различных промышленных технологических процессах; в отопительных системах; в поршневых двигателях внутреннего и внешнего сгорания и их системах (охладители наддувочного воздуха в двигателях с наддувом, радиаторы в системе охлаждения и смазочной системе); в газотурбинных двигателях (охладители, нагреватели - теплообменники); в паросиловых установках (пароперегреватели, конденсаторы, Рис.17.4 подогреватели, экономайзеры), а также в других целях. Типы теплообменных аппаратов: По способу передачи теплоты ТОА подразделяют на рекуператоры (стационарные), регенераторы (нестационарные) и смесительные.

1. Методы интенсификации теплопередачи

Задачи интенсификации теплообмена сводятся к уменьшению габаритов и массы теплообменных устройств или к снижению температурного напора по сравнению с их величиной, которая достигается в данных условиях обычными путями. Выделяются два направления интенсификации. Одно из них связано с увеличением теплового потока без учета дополнительных потерь энергии. Второе направление связано с увеличением теплового потока при заданной величине энергии, затрачиваемой на перекачку теплоносителя, т. е. с увеличением эффективности теплоотдачи

5 Рабочие процессы двигателя

1. Области применения и элементы классификации транспортных силовых установок

Основные области их применения:

1. Автомобильный транспорт, тракторы, сельхозмашины и др.

2. Железнодорожный транспорт, в т.ч. энергопоезда.

3. Морской и речной флот, катера.

4. Легкомоторная авиация.

5. Строительная, дорожная техника (экскаваторы, бульдозеры, скреперы, грейдеры, самоходные краны, компрессоры, передвижные электростанции и др.).

6. Стационарная электроэнергетика.

7. Привод компрессоров, насосов на трубопроводах, в бурильных установках.

8. Модели и модельные установки.

9. Военная и специальная техника.

1. По назначению: стационарные, переносные, транспортные (автомобильные, тракторные, судовые, авиационные и др.).

2. По роду применяемого топлива: двигатели легкого топлива, тяжелого, газообразного, многотопливные.

3. По способу осуществления зарядки цилиндров: четырехтактные и двухтактные двигатели.

4. По способу смесеобразования: двигатели с внешним и внутренним смесеобразованием.

5. По способу воспламенения смеси: двигатели с искровым зажиганием и двигатели с воспламенением от сжатия.

6. По конструктивному расположению цилиндров и схеме: рядные и звездообразные, вертикальные и горизонтальные схемы.

7. По способу охлаждения двигатели разделяют на двигатели с жидкостным и воздушным охлаждением.

1. Основные механизмы и системы поршневых двигателей внутреннего сгорания
2. Индикаторная диаграмма и рабочие процессы двигателя с искровым зажиганием
3. Индикаторная диаграмма и рабочие процессы дизеля
4. Энергетический баланс и экономико-энергетические показатели двс (индикаторные, механические, эффективные)
5. Литровая мощность и методы форсирования двигателей

Литровой мощностью называют номинальную эффективную мощность, снимаемую с единицы рабочего объема двигателя:

Nл = Ne/iVh = pen/(30t)

Чем выше литровая мощность, тем меньше рабочий объем и соответственно меньшие габариты и массу имеет двигатель при одинаковой номинальной мощности.

По литровой мощности оценивают степень форсированности. Двигатели, имеющие высокие значения Nл называют форсированными.

Форсирование двигателя — это комплекс технических мероприятий, способствующих повышению литровой мощности.

Методы повышения мощности двигателя:

1. Увеличение рабочего объема двигателя.

2. Увеличение степени сжатия.

3. Уменьшение механических потерь.

4. Оптимизация процессов горения смеси.

5. Увеличение наполнения цилиндров.

1. Образование токсичных компонентов ДВС и методы снижения токсичности

При полном сгорании любого углеводородного топлива происходит окисление молекулы углеводорода с образованием углекислого газа С02 и воды Н20.

После окончания реального процесса сгорания в цилиндре остается определенное количество продуктов сгорания, содержащих помимо С02 и Н20 еще ряд веществ. В дальнейшем большая их часть выбрасывается в атмосферу. Токсичные вещества продуктов

сгорания оказывают негативное воздействие на организм человека и окружающую среду. Основными из них являются: оксид углерода СО; различные углеводороды СН; оксиды азота N0^.; сажа С и твердые частицы; соединения, содержащие серу S. Всего выделяют 300 различных компонентов СН, выбрасываемых с ОГ, в том числе бенз-а-пирен С20Н12. В отработавших газах дизелей в больших количествах содержатся сажа и оксиды азота, у ДсИЗ - оксид углерода и углеводороды. Следовательно средства борьбы с токсичностью у этих двигателей различаются.

2 вариант: В атмосферу отработавшие газы выбрасываются в очень сложном составе, в котором наряду с продуктами полного сгорания топлива присутствуют и вредные компоненты (продукты неполного окисления и разложения топлива), отрицательно влияющие на окружающую среду. Токсическими компонентами отработавших газов являются: окись углерода; окись и двуокись азота; сернистый газ и сероводород; кислородосодержащие вещества, в основном альдегиды; углеводороды (бенз-а-пирен является наиболее токсичным углеводородом, превосходящим даже СО; соединения свинца и т.д. Более 50 компонентов. Кроме токсических составляющих отработавших газов в атмосферу в двигателях с искровым зажиганием выбрасываются картерные газы, пары бензина из бака и карбюратора.

Различают два основных метода снижения уровня токсичности вредных выбросов.

Первичный метод - основан на снижении содержания в остаточных газах СО, СН, NOx внутри рабочего цилиндра, т.е. за счет оптимизации рабочего процесса. Сюда входит и использование альтернативных топлив и организация рабочего процесса, регулировки, применение различных добавок к топливам и т.д.

Вторичный метод - направлен на удаление вредных примесей уже на выходе из цилиндра двигателя, каталитическое обезвреживание ОГ, включающее фильтрацию от сажи и аэрозолей на пористых материалах с периодической термической регенерацией фильтра, каталитическое дожигание газообразных продуктов неполного сгорания на медно-хромовых, палладиевых и др. катализаторах, селективное каталитическое восстановление окиси азота аммиаком, улавливание SO2 в режиме конденсации при охлаждении газов ниже точки росы и многое другое.