能源工程导论2011SZ

1 布雷顿循环和朗肯循环有何区别 布雷顿循环和朗肯循环有何区别 布雷顿循环布雷顿循环 BraytonBrayton CycleCycle 亦称焦耳循环或气体制冷机循环 是以气体气体为工质的制冷循环 其工作过程包括等熵压缩 等压冷却冷却 等熵 膨胀及等压吸热四个过程 这与蒸汽压缩式制冷机的四个 工作过程相近 两者的区别在于工质在布雷顿循环中不 发生集态改变 历史上第一次实现的气体制冷机是以空气作为工质的 称为空气制冷机 除空气外 根据不同 的 使用目的 工质也可以是二氧化碳 CO2 氮气 N2 氦 He 等气体 朗肯循环朗肯循环 P39P39 是最简单的蒸汽动力循环由水泵 锅炉 汽轮机和冷经器口个主要装置组成 是指以水蒸气水蒸气作为制冷剂的一 种实际的循环过程 主要包括等熵压缩 等压冷凝 等熵膨胀 以及一个等压吸热过程 可以用来制热 也可以 用来制冷 水在水泵中被压缩升压 然后进入锅炉被加热汽化 直至成为过热蒸汽后 进入汽轮机膨胀作功 作 功后的低压蒸汽进入冷凝器被冷却凝结成水 再回到水泵中 完成一个循环 由两个定压过程和两个绝热过程组 成的最简单的蒸汽动力循环 2 说明 说明 从低温热源到高温热源从低温热源到高温热源 热能动力循环热能动力循环 P14 3 蒸汽轮机所用燃料 工质有何特点和选择 蒸汽轮机所用燃料 工质有何特点和选择 蒸汽轮机是靠透平机来提供蒸汽 也可以叫做锅炉 烧的是重油 重油也是从石油中提炼的 蒸汽轮机当然用水蒸汽 提供蒸汽的锅炉有烧煤 木头 油等 也有核能 重油又称燃料油 呈暗黑色液体 主要是以原油加工过程中的常压油 减压渣油 裂化渣油 裂化柴油和催 化柴油等为原料调合而成 重油除了粘度高外 其硫含量 金属含量 酸含量和氮含量也较高 这种油就比较粘 稠 难挥发 恩氏粘度恩氏粘度 粘度表示燃油流动性能的好坏 粘度越大 流动性越差 粘度对燃烧和运输均有很大影响 粘度大 燃油在 管道中运输的阻力增加 装卸和雾化都比较困难 温度对粘度的影响最显著 油温升高 粘度减小 因而高粘度 的油为了顺利地运输和雾化必须进行加热升温 含硫量含硫量 石油炼制中 80 左右的硫残留在提炼后的重油中 在重油或渣油中 硫可以以单质 化合物等各种形式存 在 硫在燃烧后生成的 SO2 SO3 等是有毒的 排入大气将严重污染环境 并且通过烟道 除尘器 风轮等时 会与水蒸气结合 生成强腐蚀性的亚硫酸 硫酸等 严重影响除尘系统使用寿命 并且在储存运输过 程中 油中 的硫化物对人体和设备都有严重的不良作用 对管道 阀 泵 密封圈 喷枪等的使用寿命均有严重影响 机械杂质 凝固点和沸点 闪点和燃点 发热量 热值 残 炭 带苯环的芳香烃基化合物 含水量 4 计算理论空气量 计算理论空气量 P18 19 5 请将 请将 图图 3 13 二冲程汽油机工作原理二冲程汽油机工作原理 中工作循环进行说明中工作循环进行说明 P36 6 吸收式制冷机对工作介质有何要求 吸收式制冷机对工作介质有何要求 依靠吸收器 发生器组的作用完成制冷循环的制冷机 它用二元溶液作为工质 其中低沸点组分用作制冷剂 即利 用它的蒸发来制冷 高沸点组分用作吸收剂 即利用它对制冷剂蒸气的吸收作用来完成工作循环 这是两种非典差 别较大的不同物质组成 这种工质是二组分物质的混合也作溶液 P47 7 说明 说明 从高温热源转移到低温热源从高温热源转移到低温热源 的热动力循环 的热动力循环 P15 8 8 说出你对国家能源可持续发展政策内涵的理解 说出你对国家能源可持续发展政策内涵的理解 中国经济社会快速发展 工业化 城市化加快推 进 带来的能源资源压力也越来越大 能源结构尚不合理 环境 承载压力较大 制约经济社会发展 解决能源问题 提供稳定 经济 清洁 安全的能源保障 事关 中国现代化 建设全局 满足经济发展和人民生活对能源的需求 不断提高能源利用效率和减少对环境造成的污染 是中国能 源可持续利用的双重目标 节能减排是能 源政策的第一导向 节能减排对于我国来说 已经不仅仅是承担国际 责任的问题 而是关系到我国能源安全和居民健康的尖锐问题 在我国经济高速增长的情况下 如果不能降低能耗 减少废气排放 在不久的将来 我们可能面临严 重的能源缺 口 而环境的恶化将使生态系统面临崩溃的威胁 因此 我国的能源政策必须以节能减排为第一导向 工业占 GDP 比重的 43 是我国经济的主导 工业能源消耗占全社会能源消耗的 70 以上 是耗费能源 资源 产生环境污染的最主要产业 十一五 以 来 在党中央 国务院的正确领导下 在各部门 各地区 各行业的 共同努力下 我国节能减排工作取得积极进展 单位工业增加值能耗持续下降 为单位 GDP 能 耗由升转降发挥了 重要作用 2006 年 2007 年 2008 年规模以上单位工业增加值能耗分别比上年降低 1 98 5 46 和 8 43 下降 速率 高于同期单位 GDP 能耗下降 主要工业产品单位能耗都有不同程度的降低 累计形成 3 7 亿吨标准煤的节能 量 所以 任何能源政策的出台和实施 都必须以节能减排为中心 推动我国能源结构合理调整 促进新能源行业 发展 中国新能源产业将出现爆炸式增长 2010 年将是中国吹响进入低碳经济时代号角的元年 新能源是低碳经济的主要组成部分 可以预计未来十年 在 中国经济结构中也将占据更加重要的战略位置 9 吸收式制冷和蒸汽压缩式制冷有何区别 吸收式制冷和蒸汽压缩式制冷有何区别 P47 10 什么是蒸汽压缩制冷的 什么是蒸汽压缩制冷的 过热循环过热循环 p46 11 分别说明热力循环的可逆和不可逆过程 分别说明热力循环的可逆和不可逆过程 1 可逆循环 全部由可逆过程组成的循环称为可逆循环 系统经过一个可逆循环后 整个系统与外界都恢复到原态 而不 留下任何改变 可逆是一种理想循环 热力学 系统在状态变化时经历的一种理想过程 热力学系统由某一状态出 发 经过某一过程到达另一状态后 如果存在另一过程 它能使系统和外界完全复原 即使系统回 到原来状态 同时又完全消除原来过程对外界所产生的一切影响 则原来的过程称为可逆过程 2 不可逆循环 如果循环中有部分过程或者全部过程是不可逆的 就是不可逆循环 不可逆循环中存在一定的内外耗散 如摩擦 散热等 不可逆过程为不会自发地逆转并恢复到原来状态的过程 任何实际过程都是不可逆过程 12 凝汽式汽轮机组和背压式汽轮机组有何区别 凝汽式汽轮机组和背压式汽轮机组有何区别 背压式汽轮机 跟凝式汽轮机不一样的地方就是它没有凝汽器 它的热能排出 并供给热用户 凝汽式汽轮机的 蒸汽做功后则在凝汽器凝结为水 工作的原理都是高温高压的蒸汽通过推动机组做功发电 不管是凝气式还是背压式 汽轮机工作的原理都是一 样的 都是高温高压的蒸汽通过推动机组转子上的叶片 从而是转子转动 将蒸汽的动能转化为转子转动的机 械能 汽轮机是一个原动机 可以在带动其他机器 如发电机或者泵之类 所谓的凝气机组 就是只进入机组的蒸汽在汽轮机中做完功后进入凝汽器 凝结成水 重新打回锅炉进行循环 一般排气相对压力和温度比较低 而背压式的排气温度和压力都比较高 排气不进去凝汽器 而是引到其他地方进行再此利用 比如背压机组的 排气可以用来做工业用气 或者背压机组也可以做其他机组的前置机 13 热力学第二定律时对能量转化过程具有哪些实际意义 热力学第二定律时对能量转化过程具有哪些实际意义 P31 14 什么是第一类永动机和第二类永动机 什么是第一类永动机和第二类永动机 某物质循环一周回到初始状态 不吸热而向外放热或做功 这叫第一类永动机第一类永动机 这种机器不消耗任何能量 却能源源不断地向外做功 从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其它影响的热机称为第二类永动机第二类永动机 只有单一的热源 它从这个单一热源吸收的热量 可以全部用来做功 而不引起其他变化 人们把这种想象 中的热机称为第二类永动机 第二类永动机不可能制成 表示机械能和内能的转化过程具有方向性 15 什么是能量传递和转换过程中的 什么是能量传递和转换过程中的 贬值贬值 首先 从数量上讲 虽然能量是守恒的 但在传递或转化的过程中不可避免的会有一部分变成你不需要的形式 比如 你在用电风扇时 电能在转化成扇叶的动能的同时 总会有一部分变成内能损失掉 其次 从质量上讲 能量在传递或转化过程中 他的可利用品质降低了 就是说 从很容易利用或很方便利用 的能量变成了不容易或不方便利用的能量了 比如一块干净的毛巾用旧了以后 他的可利用品质就下降了 只能 当抹布了 能量也是这样的 实际上 所有的能量转化到最后 最终都会变成内能散失到周围环境中 而无法再加以利用了 这就是能量 的耗散 他反映了热力学第二定律所说的与热现象有关的宏观过程都具有方向性 当能量转换或传递过程中有无序能参与时就会产生转换的方向性和不可逆问题 因此可以说有序能比无序能更 有价值 具有更高的品质 有一种普遍的自然现象 摩擦生热 由于摩擦机械能转换为热能 即有序能转换为无 序能 能量的转化从量级上看没有变化 但从品质上看却降低了 即它的使用价 值变小了 能量使用价值的降低 称为能量贬值 摩擦使高品质能量贬值为低品质能量 能量贬值是自然界的普遍现象 1616 为什么采用饱和蒸汽供热 过热蒸汽发电 为什么采用饱和蒸汽供热 过热蒸汽发电 简单地说 过热蒸汽就是在饱和蒸汽的基础上再加热 饱和蒸汽的特点就是其温度处于沸点 一旦降温就会凝结 成水 例如标准大气压下 100 的水蒸气就是饱和蒸汽了 而过热蒸汽则不会 过热蒸汽做功降温后 还是气体 这样可以有效保护汽轮机 因为凝结水的冲击对机组安全非常不利 17 怎样计算燃煤锅炉中的热效率 怎样计算燃煤锅炉中的热效率 锅炉热效率 可由下式求得 100 q2 q3 q4 q5 q6 式中 q2 为排烟热损失 q3 为可燃气体不完全燃烧热损失 q4 为固体不完全燃烧损失 q5 为锅炉散热损失 q6 为其他热损失 18 热力学第一定律热力学第一定律 在能量转换过程有哪些局限 在能量转换过程有哪些局限 1 自然过程的方向性 自然界中一切实际变化过程都具有方向性 朝某个方向的变化可以自发发生 相反方向的 变化却是受到限制的 自然过程的不可逆性 2 能量的耗散与退化 自然界发生的种种变化中 能量的总值虽然保持不变 但是能量可被利用的价值却越来越 小 能量的品质在逐步降级 内能是一种低品质的能 1 1 它只考虑平衡问题 只计算变化前后总账 无需知道物质微观结构的知识 即只能对现象之间联系作宏观了解 不能作微观说明 2 2 它只能告诉我们在某种条件下 变化能否发生 进行的程度如何 而不能说明所需的时间 经过的历程 变化 发生的根本原因 1919 说明内燃机蒸汽轮机和燃气轮机发出电的根本区别 说明内燃机蒸汽轮机和燃气轮机发出电的根本区别 发电装置分两块 发电部分和动力部分 一般发电部分都差不多 都是线圈切割磁感线 切割运动都是旋转运动 而动力部分就有区别了 这就是你要问的根本区别 1 内燃机 跟汽车等都是一样的 燃料在气缸内燃烧 燃气膨胀后推动活塞 活塞通过曲柄凸轮机构传给曲轴 曲轴做旋转运动 这就可以带动发电部分了 2 蒸汽轮机 过热蒸汽进入到汽轮机 通过动静叶栅形成的喷嘴作用到转子上 即将压力能和热能转化为机械能 使转子旋转运动 同样可以带动发电部分了 3 燃气轮机这个没接触过 应该跟上两个有相同之处 热力循环不同 往复式内燃机 柴油机 是狄塞尔循环 蒸汽轮机是朗肯循环 燃气轮机 回转式内燃机 是布 雷顿循环 两个方面来说 1 内燃机一般指的是活塞式内燃机 是往复式的 就是依靠高温燃气反复推动活塞实现能量转化 蒸汽轮机和燃气轮机是旋转式的 就是依靠流体工质通过涡轮叶片膨胀做功将能量传给涡轮所在的轴上 2 活塞式内燃机和燃气轮机在机器内部燃烧获得能量 是广义的内燃机 而蒸汽轮机需要锅炉烧水提供高温高压 蒸汽 燃烧发生在机器外 是外燃机 蒸汽机 20 说明 说明 图图 3 12 二冲程柴油机工作简图中的动力循环二冲程柴油机工作简图中的动力循环 P35 21 天然气和沼气的燃料燃烧特性有哪些区别 天然气和沼气的燃料燃烧特性有哪些区别 P79 二者的主要成分都是甲烷 在燃烧方面有什么差别 一 沼气中含有硫化氢气体 在燃烧使用前必须要进行脱硫 二 沼气中的甲烷成份含量为 55 65 而天然气中的甲烷含量达 90 以上 所以天然气燃烧起来火力要强一些 三 天然气的压力大 沼气的压力小 由于压力的关系 两者之间灶具是不能通用的 沼气和天然气在甲烷的含量的方面是有很大不同的 一般沼气中 甲烷占 60 二氧化碳约占 40 天然气无色 无味 无毒且无腐蚀性 主要成分为甲烷 也包括一定量的乙烷 丙烷和重质碳氢化合物 还有少 量的氮气 氧气 二氧化碳和硫化物 当然 燃烧性质方面就会有所不同了 沼气是一些有机物质 在一定的温度 湿度 酸度条件下 隔绝空气 如用沼气池 经微生物作用 发酵 而 产生的可燃性气体 它含有少量硫化氢 所以略带臭味 沼气燃烧沼气燃烧主要是甲烷的燃烧 甲烷是一种理想的气体燃 料 它无色 无味 无毒 分子式为 CH4 分子量为 16 04 它和适量的空气混合后即可燃烧 每立方米纯甲烷发 热量为 34000 焦耳 燃烧时发出蓝色的火焰 并放出大量热能 每立方米沼气的发热量约为 20800 23600 焦耳 即 1 立方米沼气完全燃烧后 能产生相当于 0 7 公斤无烟煤 提供的能量 由于沼气中含有硫化氢 常会闻到臭鸡蛋的气味 点火燃烧后 这种气味就没有了 沼气的燃烧需 要供给适量的氧气 氧气过多或过少均对燃烧不利 当沼气与空气混合到一定浓度时 遇到明火则引起爆炸 但 若空气浓度低于一定限度时 氧化反应产生的热量不足以弥补散失的热量时 沼气则无法燃烧 22 说明燃料天然气汽车和燃油汽车的区别 说明燃料天然气汽车和燃油汽车的区别 燃油汽车是汽车内的油箱中的汽油或是柴油 喷到发动机中作为动力 天然气汽车分为两种 LNG 汽车和 CNG 汽车 CNG 型一般用于出租车或是公交车 是以压缩天然气作为动力 行驶的里程短 200 300 公里 动力稍差 LNG 型一 般用于重型卡车 行驶里程长 约 600 公里左右 动力强劲 天然气汽车都是在车的尾部加上一个小型的储罐 用作储气 汽车的油改气需加设储罐 此外要换喷嘴的部分构件 以以 CNGCNG 作汽车燃料与汽油相比具有以下优点作汽车燃料与汽油相比具有以下优点 l 降低污染 改善大气环境 天然气是一种清洁能源 具有热值高 效率高 污染小等特点 燃烧比较完全 不 易积碳 CO NOx 和微粒的排放量均低于汽油 排气污染明显降低 机动车尾气是城市大气污染主要来源之一 其中 主要有害成分是一氧化碳 C0 碳氢化合物 HC 一氧化氮 N0 和二氧化氮 NO2 等 据有关资料显示 使用天然 气作为汽车燃料与汽油作燃料相比可以减少排放 90 CO 90 S02 72 HC 39 NOx 24 CO2 无粉尘排放 对改善城 市环境有显着作用 典型的柴油机与汽油机及天然气机排放情况比较见表 l 2 CNG 汽车有较高的安全性 与汽油相比 压缩天然气是相对安全的燃料 1 天然气爆炸下限为 5 比汽油 爆炸下限为 l 高 甲烷燃点为 645 比汽油燃点高 218 相比不易点燃 甲烷密度低 相对密度为 0 55 左右 泄漏的气体很快会在空气中散发 在自然环境中难以形成遇火爆燃的条件 一旦 压缩天然气从储罐或管路中泄漏 泄漏点周围会立即形成低温区 使天然气燃烧困难 因此 CNG 是一种相当安全的 汽车燃料 天然气与汽油的燃料特性比较见表 2 23 家庭用 家庭用 分体式空调分体式空调 和和 中央式空调有何区别 中央式空调有何区别 中央空调是由一台主机通过风道过风或冷热水管接多个末端的方式来控制不同的 房间以达到室内空气调节目的的 空调 采用风管送风方式 用一台主机即可控制多个不同房间并且可引入新风 有效改善室内 空气的质量 预防 空调病的发生 家用中央空调的最突出特点是产生舒适的居住环境 分体式空调 就是冷凝器和散热器分别在室内室外的空气调节器 它是一个内机对应一台外机 有壁挂的也有柜 机 分体式空调的特点 分体式空调器就是把空调器分成室内机组和室外机组两部分 如图 9 lb 把噪声比较大的轴流风扇 压缩机 以及冷凝器等安装在室外机组内 把蒸发器 毛细 管 控制电器和风机等室内不可缺少的部分安装在室内机组中 我们称这种由室内机组和室外机组构成的空调器为分体式空调器 本质的区别在于 分体式空调由一个室个机 一个室内机组成 俗称一拖一 中央空调由一个室外机 多个室内机组成 俗称一拖多空调 分体式空调目前只有冷媒式系统 中央空调目前有冷 媒式系统 和水系统 24 电力自动车的动力系统是如何工作的 每月的动力消耗费用多少 电力自动车的动力系统是如何工作的 每月的动力消耗费用多少 这个动力 是通过电能转化为功能 是电动机的原理 在预先的蓄能电池内储备电能 然后利用控制把启动并释 放 电能导入电动机 转化为动能 供骑乘 月消耗量 视使用者每月的行程而定 按照一个每日上班单程 10 公里来算 每日 20 公里 需要充电一次 好的 车可以行驶 50 甚至八十公里才充电 但是传统上都是一天一充或者两天一充 这样有利于维护电池寿命 这样算 下来 一个月的费用应该在 20 30 元 因为很多地方充电是按月 2525 中国可以从日本的核泄露事故中得到哪些教训 会采用什么措施 中国可以从日本的核泄露事故中得到哪些教训 会采用什么措施 改进核反应堆 第一第一 采取什么技术保障冷却系统的运行 以确保安全 日本考虑到了抗震性能 但是备用电源出了问题 没 有想到 尽管是千年一遇 但核电系统必须做到 万无一失 第二第二 对我国核电站防御地震的能力要进一步审视和加强 6 冷却水没有可靠的企业内部循环系统 储水池破损 问题发现也很晚 难道这个涉及海洋污染的社会责任问 题事先想不到么 使得放射性物质向大海无组织排放 危及周遍区域和更远海域 对核电站进行全面的 压力测试 检查核电站是否能应对地震 海啸 恐怖袭击 电力供应中断等突发威胁 对核电站安全 26 说明燃料电池和蓄电池有何却别 说明燃料电池和蓄电池有何却别 相同点是 都是将化学能转化为电能的装置 故都称为 电池 不同点 1 蓄电池使用过程中有充放电循环 而燃料电池无充放电循环 2 蓄电池是二次电池 而燃料电池是一次电池 3 蓄电池无持续供给燃料 并在电池内有可逆反应发生 而燃料电池中的反应物为持续供给 4 蓄电池的电解质一般为酸 碱 盐的水溶液或其他介质溶液 燃料电池的电解质则可以为固体或熔盐等 如 SOFC 的电解质可以为固体氧化物 5 蓄电池使用温度一般为室温 而不同种类的燃料电池可在许多特定的温度下运行 取决于电解质的工作温度 如 SOFC 需要在 600 1000 摄氏度下工作 27 深圳市对发展可再生能源有哪些具体措施和成效 深圳市对发展可再生能源有哪些具体措施和成效 自2006年深圳市被列为建设部再生能源 太阳能 建筑规模化应用示范城市以来 大力推进可再生能源在建筑中应 用 1 制定政策法规 深圳市在2006年7月1日起实施 深圳经济特区循环经济促进条例 明确要求鼓励节约能源 节约用水 节约用 材 节 约用地和资源综合利用 提高资源利用效率 鼓励开发利用新能源和可再生能源 2 编制可再生能源建筑应用规划 为明确可再生能源在建筑中应用的发展方向和目标任务 市建设局发布实施