Articol de inginerie termică despre dicționarul gratuit
Ingineria termică
ramura tehnologiei care se ocupă cu producția și utilizarea căldurii în industrie, agricultură, transporturi și acasă.
Producția de căldură. Principalele surse de căldură de astăzi (anii 1970) sunt combustibilii fosili, care degajă căldură atunci când sunt arși. Acești combustibili pot fi solizi, lichizi sau gazoși. Printre combustibilii solizi mai obișnuiți se află cărbunii (ligniți, antracite), șisturile combustibile și turbă. Petrolul este un combustibil lichid natural, dar rareori este folosit direct pentru a produce căldură. În schimb, este rafinat pentru a produce benzină pentru motoarele de avioane auto și cu piston, kerosen pentru motoarele cu reacție și anumite tipuri de motoare cu piston și diferite tipuri de motorină și păcură, utilizate în principal în centralele termice non-nucleare. Cel mai important combustibil gazos este gazul natural, care constă din metan și alte hidrocarburi (vedeaCOMBUSTIBILI CU GAZ.) La o scară mai mică, lemnul (lemn de foc, fier vechi) servește și ca combustibil. Acum sunt dezvoltate metode de ardere a deșeurilor industriale și menajere atât în scopul eliminării, cât și al generării de căldură.
Cea mai importantă caracteristică a unui combustibil este căldura specifică de ardere. Conceptul de combustibil standard, având o căldură de ardere de 29.308 kilojuli/kg (7.000 kilocalorii/kg) este utilizat pentru calcule comparative.
Diferite tipuri de aparate, cum ar fi cuptoare, sobe și camere de ardere, sunt utilizate pentru combustia combustibilului. Combustibilul este ars în cuptoare și sobe la o presiune apropiată de cea atmosferică, cu aerul ca agent oxidant. În camerele de ardere, presiunea poate fi mai mare decât aerul atmosferic și oxigenul sau aerul îmbogățit cu oxigen poate servi ca oxidant.
Teoretic, este necesară o cantitate stoichiometrică de oxigen pentru arderea unui combustibil. De exemplu, la arderea metanului (CH4) are loc următoarea reacție: CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O. Din această ecuație rezultă că 2 kilometri (16 kg) de CH4 necesită 2 kilometri (64 kg) de O2; adică 1 kg de CH4 necesită 4 kg de O2. În practică, totuși, este necesară o cantitate puțin mai mare de oxidant pentru arderea completă. Raportul dintre cantitatea reală de oxidant (aer) utilizat pentru combustie și cantitatea teoretică se numește factorul de exces de oxidant A. Când un combustibil este ars, energia sa chimică este convertită în energia internă a produselor de ardere, în urma căreia produsele devin fierbinți. Temperatura care ar fi dobândită de aceste produse dacă nu s-ar pierde căldură (proces adiabatic) este cunoscută ca temperatura teoretică de ardere; această temperatură este o funcție de tipul și temperatura inițială a combustibilului și oxidantului și a factorului de exces de oxidant. Pentru majoritatea combustibililor naturali (unde aerul este oxidantul), temperatura teoretică de ardere este de 1500 ° –2000 ° C; se mărește prin preîncălzirea combustibilului și a oxidantului. Temperatura teoretică maximă este atinsă atunci când factorul excesiv de oxidant α ≈ 0,98.
Deoarece căldura este extrasă din combustibilul ars în cuptoare, temperatura produselor de ardere este sub valoarea teoretică.
Cărbunele este de obicei ars în cuptoare. Când sunt necesare cantități relativ mici de combustibil, se folosesc cutii de foc cu ardere laminară, unde bulgări de cărbune sunt arși pe un grătar prin care este suflat aerul. Pentru arderea unor cantități mai mari de cărbune (sute de tone pe oră), se folosesc cuptoare de cameră. Aici, cărbunele care a fost pulverizat mai întâi la dimensiuni de particule de 50-300 micrometri este amestecat cu aer și alimentat în arzătoare. Cuptoarele Mazut și cuptoarele cu gaz sunt similare cuptoarelor cu cărbune pulverizat, dar au modele diferite de arzătoare și duze.
De la mijlocul anilor 1900, combustibilul nuclear s-a alăturat combustibilului organic ca sursă de căldură. Izotopul de uraniu 235 U, care reprezintă aproximativ 0,7% din conținutul de uraniu natural, este principalul tip de combustibil nuclear. În timpul fisiunii de 1 kg de 235 U, se eliberează aproximativ 84 × 10 9 kilojoule (20 × 10 9 kilocalorii) de energie, în principal ca energie cinetică a fragmentelor de fisiune și a neutronilor. Această energie este transformată într-un reactor nuclear în căldură, care este apoi îndepărtată de un agent de răcire. În aproape toate reactoarele (anii 1970), reacția în lanț nuclear este menținută de neutroni termici. Cu toate acestea, reactoarele de reproducere, care implică neutroni rapizi, devin din ce în ce mai frecvente. Aici, 238 U și 232 Th pot fi folosiți ca combustibil pentru a produce nu numai căldură, ci și ceilalți combustibili nucleari 239 Pu și 233 U. Agenți de răcire tipici pentru reactoarele care utilizează neutroni termici sunt apa, apa grea și dioxidul de carbon; în reactoarele cu neutroni rapizi, acestea sunt sodiu lichid și gaze inerte.
În plus față de combustibilii organici și nucleari, energia geotermală și solară s-au dovedit a avea valoare practică în generarea de căldură. Energia geotermală se manifestă în apa subterană fierbinte, care de multe ori iese la suprafață în regiunile de activitate vulcanică și în creșterea generală a temperaturii cu adâncimea în interiorul pământului. Această creștere a temperaturii este exprimată prin gradientul geotermic, egal numeric cu creșterea temperaturii în grade la 100 m de adâncime; pentru adâncimi accesibile măsurării directe, gradientul este în medie de 0,03 ° C/m. În timp ce căldura din izvoarele termale este deja utilizată (centrala electrică geotermală de 5 megawati construită în URSS în valea râului Pauzhetka în 1966), posibilitatea utilizării căldurii din interiorul pământului este încă (1975 ).) fiind doar studiat.