Предмет общей энергетики. Некоторые показатели мировой энергетики

Природные источники энергии и производство на их основе полезной энергии, прежде всего электрической.

Органические топлива:

• ядерная энергия (урана, плутония);

• энергия солнца;

• энергия ветра;

• энергия биомассы;

• энергия земных глубин;

• энергия морских волн.

Возобновляемые и не возобновляемые.

К возобновляемым относятся: энергия солнца, гидроэнергия, энергия ветра, энергия волн, энергия приливов и отливов.

К не возобновляемым относятся: ядерная энергия (энергия урана), химическая энергия, энергия топлив.

Мировая выработка электроэнергии 90-х:

58%- электроэнергия вырабатывалась на ТЭС.

25%- на ГЭС.

17%- на АЭС.

1%- другие станции.

В России: 70%±2% -ТЭС

16% - атомные электростанции.

14%-16% - ГЭС.

В Норвегии: 99% - ГЭС

Во Франции: 73%- АЭС

Основные физические свойства жидкостей и газов

1. Плотность – масса единицы объема вещества

2. Изобарный коэффициент расширения характеризует способность вещества изменять объем в зависимости от температуры при постоянном давлении.

3. Изохорный коэффициент давления характеризует способность вещества изменять давление в зависимости от температуры при постоянном объеме.

4. Изотермический коэффициент сжатия характеризует способность вещества изменять объем в зависимости от давления при постоянной температуре.

5. Вязкость – способность вещества оказывать сопротивление усилию сдвига между слоями при относительном движении слоев.

Сила вязкости выражается формулой Ньютона:

Где - усиление сдвига обусловленное вязкостью

- динамический коэффициент вязкости

- сдвиг слоев

- скорость движения жидкостей

- направление нормальное вектору скорости

Ньютоновскими называются жидкости, для которых справедлива формула Ньютона.

Все прочие жидкости называются неньютоновскими.

Пример: Ньютоновская жидкость- вода

Неньютоновская жидкость – жидкая резина

Кинематический коэффициент вязкости:

Основные положения гидростатики

Гидравлика (гидромеханика)- прикладная наука, изучающая законы поведения жидкости, находящиеся в покое или в движении и применение этих законов для решения задач.

Гидравлика состоит из : гидростатики и гидродинамики.

Гидростатика изучает жидкость, находящуюся в покое.

Гидродинамика изучает жидкость, находящуюся в движении.

Положение: давление в точки А полное гидростатическое.

P₀

А·

h

P₀

;

А·

z₀

z

0 0

Перегруппируем составляющие:

- гидростатический напор, постоянный в каждой точке.

- выражение гидростатического напора в точке А.

-геометрический напор (геометрическая высота)

- пьезометрический напор (пьезометрическая высота)

Сила, действующая на плоскую поверхность в жидкости равна произведению площади поверхности, на величину гидростатического давления в центре тяжести к поверхности.

P₀

h_A

A

F

h_A- глубина погружения центра тяжести фигуры.

Центр тяжести – геометрический центр.

Центр давление – центр равноденствия.

Давление в общем случае ниже центра тяжести.

Сила, действующая на криволинейную поверхность жидкости:

- составляющие силы давления по координатным осям.

площади проекций рассматриваемой поверхности на плоскости перпендикулярной соответствующим осям y и z.

глубины погружения центра тяжести соответствующей проекции.

вертикальная сила (сила, действующая в направлении z) равна весу жидкости находящейся между свободной поверхностью и поверхностью рассматриваемого тела. Подразумевается вес жидкости в объеме тела давления.

Эпюра гидростатического давления:

Основные понятия гидродинамики

Площадь живого сечения потока – это площадь сечения потока жидкости плоскостью перпендикулярной стенкам канала (перпендикулярной направлению потока).

F₁ F₂

Смоченный периметр – часть периметра живого сечения, соприкасающиеся со стенками канала.

F₁ F₂

Гидравлический радиус – это отношение площади к смоченному периметру.

Напорное течение жидкости – течение жидкости в закрытом канале, когда поток, не имеет свободной поверхности.

Безнапорное течение – это течение потока при наличии свободной поверхности. Давление на свободной поверхности равно давлению внешней среды.

Установившееся течение – это течение, при котором поле скоростей и давление во всех сечениях потока не изменяются во времени.

Неустановившееся течение - когда поле скоростей и давлений изменяются во времени.

Расход жидкости – это количество жидкости, проходящее через контрольное сечение потока за единицу времени.

массовый расход

объемный расход

Средняя скорость потока:

Уравнение неразрывности потока

Первое основное уравнение гидродинамики:

Следствие: скорость потока обратно пропорциональна скорости живого сечения:

Режим течения жидкости

1. турбулентный

2. ламинарный

3. переходный режим

Ламинарное – плавное течение, без завихрений. Траектории движения отдельных частиц эквидистанты. Ламинарное течение наблюдается при малых скоростях жидкости. В каналах малого сечения. При течении вязких жидкостей. С повышением скорости ламинарный режим переходит в турбулентный.

Турбулентное – сложное движение, бурный поток. Частицы совершают вращательное движение. Неустойчивый режим течения. Оценивается режим с помощью критерия Рейнольдца:

где скорость потока.

характерный геометрический размер канала.

кинематический коэффициент вязкости (указан в справочнике).

Для течения жидкости в закрытом канале:

течение ламинарное

режим турбулентный

режим переходный

Уравнение Бернулли

Второе основное уравнение гидродинамики.

Для идеального потока:

,

где геометрические уровни первого и второго сечения потока.

пьезометрические напоры первого и второго сечений.

скоростные напоры первого и второго сечений.

гидравлический (гидростатический) напор.

давление, Па.

ускорение свободного падения.

Уравнение Бернулли для реального потока:

,

где коэффициент Кориолиса, он учитывает неоднородность поля скоростей в сечении.

потери напора на участке канала, обусловленного гидравлическим сопротивлением.

Наглядное изображение уравнения Бернулли:

Выразим уравнение Бернулли через единицу удельной энергии, для этого умножим левую и правую части на g.

Гидравлический уклон:

длина участка 1-2.

Пьезометрический уклон:

Геометрический уклон:

Величины безразмерные

Потери напора в потоке

Они обусловлены гидравлическим сопротивлением канала.

Гидравлическое сопротивление бывает двух видов:

1. местное гидравлическое сопротивление.

2. сопротивление на длине канала.

Местные сопротивления обусловлены поворотами, расширениями и другими препятствиями.

Потери напора, вследствие местного сопротивления, выражаются формулой:

коэффициент местного сопротивления.

Потери напора по длине выражаются формулой Дарси:

Для круглых труб:

коэффициент сопротивления по длине, зависит от шероховатости стенок канала.

длина участка канала.

диаметр.

скоростной напор.

Для канала любой формы:

гидравлический радиус

Суммарные потери напора на участке канала равны сумме всех местных потерь и потерь по длине.