БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (ТЕ)

Q н= Q в— k ( W + 9 H ) ,

где W — количество воды в топливе, % (по массе) ; Н — количество водорода в топливе, % (по массе): k — коэффициент, равный 25 кдж/кг (6 ккал/кг ) .

В СССР, ФРГ и др. странах тепловые расчёты обычно ведут по низшей Т. с., в США, Великобритании, Франции — по высшей.

Т. с. может быть отнесена к рабочей массе топлива Q Pто есть к топливу в том виде, в каком оно поступает к потребителю; к сухой массе топлива Q c ; к горючей массе топлива Q г , то есть к топливу, не содержащему влаги и золы.

Для приближённых подсчётов Т. с. определяют по эмпирическим формулам; например, Т. с. твёрдых и жидких топлив вычисляют по формуле Менделеева:

Q P=81 C P+З00 Н р-26( О р– S p л) – 6 (9 H p+W P ) ,

где Ср, H p, Ор, S p л , W p— содержание в рабочей массе топлива углерода, водорода, кислорода, летучей серы и влаги в % (по массе).

Для сравнительных расчётов используется так называемое топливо условное, имеющее удельную Т. с., равную 29308 кдж/кг (7000 ккал/кг ) .

И. Н. Розенгауз.

Теплота' фа'зового перехо'да,количество теплоты, которое необходимо сообщить веществу (или отвести от него) при равновесном изобарно-изотермическом переходе вещества из одной фазы в другую ( фазовом переходе I рода — кипении, плавлении, кристаллизации, полиморфном превращении и т. п.). Для фазовых переходов II рода Т. ф. п. равна нулю. Равновесный фазовый переход при данном давлении происходит при постоянной температуре — температуре фазового перехода. Т. ф. п. равна произведению температуры фазового перехода на разность энтропий в двух фазах, между которыми происходит переход. Различают удельную и мольную Т. ф. п., отнесённые соответственно к 1 кг и 1 молю вещества.

Теплоте'хника,отрасль техники, занимающаяся получением и использованием теплоты в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте и в быту.

Получение теплоты.Основным источником теплоты, используемой человечеством (70-е гг. 20 в.), является природное органическое топливо, выделяющее теплоту при сжигании. Различают твёрдое, жидкое и газообразное топливо. Наиболее распространённые виды твёрдого топлива — угли (каменные и бурые, антрациты), горючие сланцы, торф. Природное жидкое топливо — нефть, однако непосредственно нефть редко используется для получения теплоты. На нефтеперерабатывающих предприятиях из нефти вырабатывают бензин — горючее для автомобильных и поршневых авиационных двигателей; керосин — для реактивной авиации и для некоторых поршневых двигателей; различные типы дизельного топлива и мазуты, применяемые в основном на тепловых электростанциях. Газообразное топливо — природный газ, состоящий из метана и др. углеводородов (см. Газы горючие ) . Топливом в сравнительно небольших масштабах служит также древесина ( дрова и древесные отходы). В середине 20 в. разрабатываются методы сжигания промышленных и бытовых отходов с целью их уничтожения и одновременного получения теплоты.

Важнейшая характеристика топлива — удельная теплота сгорания. Для сравнительных расчётов используется понятие топлива условного с теплотой сгорания 29308 кдж/кг (7000 ккал/кг ) .

Для сжигания топлива служат различные технические устройства — топки, печи, камеры сгорания. В топках и печах топливо сжигается при давлении, близком к атмосферному, а в качестве окислителя обычно используется воздух. В камерах сгорания давление может быть выше атмосферного, а окислителем может служить воздух с повышенным содержанием кислорода (обогащенный воздух), кислород и т. д.

Теоретически для сгорания топлива необходимо стехиометрическое количество кислорода. Например, при горении метана CH 4осуществляется след. реакция: CH 4+ 2O 2= CO 2+ 2H 2O. Из этого уравнения следует, что на 1 кмоль (16 кг ) CH 4требуется 2 кмоля (64 кг ) O 2, то есть на 1 кг CH 4— 4кг O 2. На практике для полного сгорания нужно несколько большее количество окислителя. Отношение действительного количества окислителя (воздуха), использованного для горения, к теоретически необходимому называется коэффициентом избытка окислителя (воздуха) a. При сгорании топлива его химическая энергия переходит во внутреннюю энергию продуктов сгорания, в результате чего эти продукты нагреваются. Температура, которую приобрели бы продукты сгорания, если бы не отдавали теплоту во вне ( адиабатный процесс ) , называется теоретической температурой горения. Эта температура зависит от вида топлива и окислителя, их начальной температуры и от коэффициента избытка окислителя. Для большинства природных топлив (окислитель — воздух) теоретическая температура горения составляет 1500—2000 °С; её повышает предварительный подогрев топлива и окислителя. Максимальная теоретическая температура горения наблюдается при коэффициенте избытка окислителя a»0,98.

В топках происходит отвод теплоты от горящего топлива, поэтому температура продуктов сгорания оказывается ниже теоретической температуры.

Уголь обычно сжигают в топках. При относительно малых количествах необходимого топлива используют слоевые топки, где уголь в виде кусков сжигают на колосниковой решётке, сквозь которую продувается воздух. Для сжигания значит. количеств угля (нескольких сот т в час) применяют камерные топки. В них уголь, предварительно превращенный в порошок с размером частиц 50—300 мкм, подаётся в смеси с воздухом через пылеугольные горелки. Мазутные топки и газовые топки аналогичны пылеугольным и отличаются конструкцией горелок или форсунок.

Наряду с органическим топливом с середины 20 в. для получения теплоты применяется ядерное топливо, или ядерное горючее. Основным видом ядерного горючего является изотоп урана 235U, содержание которого в естественном уране около 0,7%. При делении 1 кг 235U выделяется около 84×10 9 кдж (20×10 9 ккал ) в основном в виде кинетической энергии осколков деления ядер и нейтронов. В ядерном реакторе эта энергия превращается в теплоту, отбираемую теплоносителем. В подавляющем большинстве реакторов (70-е гг. 20 в.) цепная ядерная реакция поддерживается за счёт тепловых нейтронов. Получают распространение реакторы на быстрых нейтронах, или реакторы-размножители, в которых в качестве ядерного топлива может использоваться 238U и торий 232Th, которые, кроме теплоты, производят ещё и новое ядерное горючее 239Pu и 233U. Теплоносителями в реакторах на тепловых нейтронах обычно служат вода, тяжёлая вода, углекислота; в реакторах на быстрых нейтронах — жидкий натрий, инертные газы и т. д. Кроме органического и ядерного топлива, некоторое практическое значение в качестве источника теплоты имеют геотермическая и солнечная энергия. Геотермическая энергия проявляется в существовании горячих подземных вод, часто выходящих на поверхность в районах с повышенной вулканической активностью, и в общем повышении температуры земных недр с глубиной. Это возрастание температуры характеризуется геотермическим градиентом, численно равным повышению температуры в градусах на 100 м глубины; в среднем для доступных непосредственному измерению глубин он равен 0,03 °С /м. Если теплота горячих источников уже утилизируется, например в СССР построена (1966) Паужетская геотермическая электростанция мощностью 5 Мвт, то возможность использования теплоты земных недр (1975) пока только издается.