Страта. Теплотехника и теплоэнергетика.

Настоящая книга является третьей частью очерков, продолжающей публикацию серии статей по истории российской теплоэнергетики. В Императорских театрах Санкт-Петербурга и Москвы в конце 19 века в короткий период появилось электрическое освещение. История его создания очень индивидуальна для разных театров и сегодня практически забыта. В книге делается попытка воссоздать ее заново на основе архивных документов, диссертации Сенченко Я.И., публикаций 19 века. Уделяется внимание различным проектам, включая нереализованные, а также их исполнителям и историческому фону, на котором происходили описываемые события.

Настоящая книга является второй частью очерков, продолжающей публикацию серии статей по истории теплоэнергетики. В 1895 году в Санкт-Петербурге на 12-й линии Васильевского острова вышла на полную мощность центральная электростанция инженера Смирнова Н.В. мощностью 800 кВт, переменным напряжением 2000 В. В 2020 г. исполняется 125 лет этому знаменательному событию. Несмотря на конкуренцию в лице фирм К.Ф. Сименса и ряда известных электро-техников станция инженера Смирнова зарекомендовала себя как одна из самых эффективных и успешных станций своего времени. История ее создания, технические особенности оборудования, ее систем, характеристики экономичности, состав участников строительства представляют безусловный интерес до сих пор. Все этим темам и посвящена настоящая книга.

Монография посвящена проблемам энергосбережения и экологической безопасности, ставшим особенно актуальными после прошедшего в декабре 2015 года Климатического саммита, осмыслению и осознанию этих тенденций для одного из важнейших аспектов в существовании и развитии цивилизации XXI века — техники низких температур. Использованы материалы лекций, прочитанных по магистерскому направлению подготовки 16.04.03 «Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения».

В учебном пособии изложены элементы газодинамики, необходимые для понимания сущности теплофизических процессов, происходящих в судовых энергетических установках, и выполнения теплофизических расчетов. Рассмотрены общие закономерности движения потоков сжимаемой среды, движение газов и пара в трубах и соплах, а также особенности обтекания газовым потоком одиночного профиля и решетки профилей.

Настоящая книга является первой частью, открывающей публикацию серии статей по истории теплоэнергетики. Обсуждаемые события происходили около 100-250 лет назад, поэтому описание первых энергетических источников, производящих электрическую и тепловую энергию, требует обращения к архивным документам и к публикациям тех лет, с помощью которых можно узнать или уточнить технические и хронологические подробности. В первой части рассмотрен ранний период освоения совместной выработки электрической и тепловой энергии – когенерации. Приводится также детальное описание истории строительства, функционирования и развития электростанции Зимнего дворца, крупнейшей в Европе в момент ее создания. В следующих выпусках серии планируются публикации по следующим темам: электростанции императорских театров Петербурга и Москвы, первые городские электростанции Петербурга, электростанции дворцов Петербурга и пригородов, первые опыты электрического освещения в Петербурге и Москве, роль офицеров минного класса в распространении электрического освещения, первые электростанции Америки и Европы, первые централизованные энергоисточники, деятельность пионеров теплоэнергетики, другие события, связанные с рождением теплоэнергетики.

Рассматриваются результаты теоретических и экспериментальных исследований гидродинамики и теплообмена в каналах круглого сечения. Целостный подход позволяет использовать достигнутые результаты при оптимизации конструктивных и режимных параметров тепловых аппаратов и наметить круг проблем, еще подлежащих разрешению на основе новых теоретических и экспериментальных исследований.

Монография посвящена проблеме улучшения технико-экономических показателей водно-солевых абсорбционных термотрансформаторов (АТТ) путем использования новых растворов. Представлены основные положения термодинамики растворов, методики расчета этальпийной и энтропийных диаграмм системы вода — сильный электролит на примере Н2О — LiВr. Предложен теоретический термодинамический метод поиска новых растворов как бинарных, так и многокомпонентных для применения в АТТ. Представлены данные о физико-химических свойствах девяти водных растворов солей и нескольких поверхностно-активных веществ, применяемых и рекомендованных для применения в АТТ. Большое внимание уделено природе коррозионных процессов, происходящих в водно-солевых АТТ, и способам борьбы с коррозией металлов. Также рассмотрено влияние поверхностных явлений на эффективность процессов в АТТ. Проведена оценка термодинамической эффективности применения различных водных растворов солей в АТТ: в режимах получения холода, а также в режимах понижения и повышения температуры греющего источника. Приведены сведения о разновидностях циклов абсорбционных термотрансформаторов. Второе издание монографии дополнено новыми материалами по свойствам водных растворов и циклам абсорбционных термотрансформаторов.

В монографии рассмотрены вопросы, связанные с применением результатов визуализации течений оптически активной жидкости в каналах теплообменных и технологических устройств и аппаратов. Приведены фотографии картин течения. Особое внимание уделено разработке моделей потенциального течения несжимаемой жидкости и их анализу на основе результатов визуализации потоков. На основании проведенных экспериментальных исследований и данных других авторов рассмотрены примеры использования результатов визуализации для профилирования стенок каналов различных аппаратов и устройств.

Рассмотрены теоретические основы расчета при проектировании или модернизации промышленных установок разделения углеводородных смесей. Приводятся основные расчетные формулы гидравлических и тепломассообменных характеристик контактных устройств. Представлены конструкции тарельчатых и насадочных контактных устройств колонных аппаратов и методы расчета эффективности тепло- и массообменных процессов. Даны конструкции новых контактных устройств и результаты экспериментальных исследований гидравлических и массообменных характеристик. Показаны примеры модернизации промышленных ректификационных колонн, насадочных абсорберов и других тепломассообменных аппаратов, внедренных на предприятиях нефтехимии с энергосберегающим эффектом.

Вниманию читателей предлагается перевод книги, изданной в 1878 г. в США и описывающей события, происходящие в отопительном сезоне 1877–1878 г. в г. Локпорте, шт. Нью-Йорк. Среди авторов книги Бёрдсилл Холли — изобретатель первой в мире паровой централизованной системы теплоснабжения. Ее созданию, описанию всех звеньев системы и их работе посвящена настоящая книга. Особенностью этой системы теплоснабжения является тот факт, что при ее реализации были разработаны почти все виды систем, потребляющие тепло в настоящее время. Б. Холли удалось достаточно удачно решить все инженерные проблемы, сопровождающие такой сложный проект: создать тепловой источник с возможностью регулирования тепловой нагрузки в течение отопительного периода; обеспечить с резервированием распределение пара потребителям при малой его конденсации в процессе транспортировки с помощью подземных городских магистралей; согласовать высокое давление пара в магистралях и низкое давление в теплопотребляющих системах зданий; изобрести надежно и безопасно работающие атмосферные приборы отопления, а также паровые калориферы систем вентиляции; применить аккумуляторы горячей воды для системы горячего водоснабжения бытовых нужд; создать безнасосный способ перемещения горячей воды с низких вертикальных отметок на высокие; обеспечить измерение расхода потребляемой тепловой энергии; предложить систему таяния снега и льда; радикально упростить мобильные противопожарные установки, отказавшись от применения в их составе паровых котлов с топками за счет подключения паровых машин насосных агрегатов к паровым магистралям города. В патенте 1882 г. Б. Холли первым предложил создание централизованной выработки механической и тепловой энергии. Впервые такая система была создана в г. Оттумва, шт. Айова, в 1889 г.

В настоящем учебном пособии сделаны акценты методического характера на рассмотрении деталей и принципиальных моментов, возникающих при изучении основных понятий и соотношений технической термодинамики, понимание которых необходимо для правильного их использования в инженерной деятельности теплоэнергетика. При обосновании модели одномерной поточной системы, в том числе для течений Пуазейля и Куэтта, используется материал из курса гидрогазодинамики. Это позволяет продемонстрировать тесную связь между разными разделами теоретических основ теплотехники, описывающими процессы, протекающие в оборудовании энергоустановок. Рассмотрено применение основных соотношений технической термодинамики для различных видов энергоустановок и устройств, применяемых в теплотехнике.

В учебном пособии детально изучено поведение системы отопления с элеваторным смешением на нерасчетных режимах работы. Определена точность вычислений, выполняемых с помощью рекомендованных к применению расчетных соотношений для элеваторных узлов при расположении выходного сечения сопла элеватора на входе в цилиндрическую камеру смешения и на расстоянии от нее. Исследование работы системы отопления проведено для различных проектных температурных графиков регулирования тепловых сетей, применяемых на практике. Рассмотрено поведение системы отопления при изменении величины сопротивления регулировочной арматуры, расположенной на линии смешения, до и после системы отопления, перед элеваторным узлом в подающей линии. В зависимости от сопротивления соответствующего регулирующего органа определены коэффициент смешения, температуры теплоносителя на входе и на выходе из системы отопления, расходы сетевой воды и циркуляционного потока, тепловой мощности системы отопления, средней температуры помещений. Исследовано влияние циркуляционного гравитационного напора на работу системы отопления при низких располагаемых напорах перед элеваторным узлом. Приводится оценка параметров системы отопления при существенном снижении температуры прямой сетевой воды. В результате выполненного исследования показано, что поведение системы отопления с элеваторным смешением при изменении сопротивления регулирующей арматуры и приборов отопления является достаточно консервативным. Сопротивление арматуры существенно влияет на величину коэффициента смешения, но эта зависимость значительно слабее для тепловой мощности системы отопления, средней температуры воздуха в помещениях, температур и расходов теплоносителей.

В монографии рассмотрено решение задач, связанных с моделированием теплоотдачи, массоотдачи и процессов смешения сред в каналах с хаотичными насадками. Приведены уравнения для коэффициентов турбулентного обмена, перемешивания, тепло – и массоотдачи, а также турбулентной миграции тонкодисперсных частиц. Даны выражения для расчета эффективности проводимых процессов.

В монографии рассмотрены вопросы, связанные с изучением теплоотдачи и сопротивления в каналах теплообменных и технологических устройств и аппаратов. Приведены сведения о влиянии высоких чисел Прандтля, наличия отложений, двухфазности потоков.

В учебном пособии рассмотрены вопросы, связанные с выводом основных соотношений, определяющих численные значения характеристик гидродинамики и теплообмена в трубах и каналах. Особое внимание уделено вопросам теоретического рассмотрения характеристик потока вблизи ограничивающих его стенок. Приведены представительные данные по исследованию теплообмена и трения при турбулентном течении в трубах и каналах.

В учебном пособии рассмотрены вопросы, связанные с применением имитационного моделирования для обеспечения надежности и безопасности судовых энергетических установок на разных этапах их проектирования. Особое внимание уделено разработке методик и алгоритмов, используемых при подготовке и реализации имитационного моделирования функционирования компонентов «машина» и «рабочая среда» системы «человек-машина-среда».

В учебном пособии рассмотрены вопросы, связанные с разработкой и применением моделей потенциальных течений в каналах теплообменных и технологических устройств и аппаратов. Приведены фотографии картин течения.

В учебном пособии рассмотрены вопросы интегрирования тепла и энергии с использованием пинч-технологии, которая зарекомендовала себя как одна из наиболее эффективных концепций энергосбережения в перерабатывающей промышленности.

Монография рассматривает вопрос применения гидроаэродинамической левитации для повышения эффективности энергетических аппаратов. От основных физических эффектов левитации автор переходит к частным случаям левитации шара в стесненном потоке и ее применению в различных технических приложениях для обеспечения высокой эффективности теплового и массообменного оборудования. Через фундаментальные исследования и грамотно выполненные инженерные решения раскрываются новые возможности для энергосбережения на нефтехимических, химических и других предприятиях.

В учебном пособии рассмотрены вопросы, связанные с применением шаровых укладок в теплообменных и технологических устройствах и аппаратах. Особое внимание уделено анализу влияния на гидродинамику и теплообмен геометрических параметров шаровых укладок, как регулярных, так и случайных. На основании проведенных экспериментальных исследований и анализа данных других авторов предложены зависимости для учета воздействия дополнительных факторов: числа рядов в укладке; ограждающих проницаемых поверхностей; градиента потока и температурного фактора.

Загрязнение поверхностей и коррозия являются наиболее серьезными проблемами для разработчиков и предприятий, эксплуатирующих промышленное оборудование, в частности, теплообменники. В настоящей работе изучено влияние свойств поверхности (шероховатости и свободной энергии) на формирование кристаллических, биологических и парафиновых отложений, а также на процесс коррозии.

В учебном пособии рассматриваются вопросы, связанные с применением результатов визуализации течений оптически активной жидкости в каналах теплообменных и технологических устройств и аппаратов.