淺談幾點對熱能動力工程的理解

單廣一

摘要：隨著社會的發(fā)展與進(jìn)步，重視熱能動力工程對于現(xiàn)實生活具有重要的意義。本文主要介紹幾點對熱能動力工程的理解的有關(guān)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：熱能;動力;工程;特點;利用;

引言

在現(xiàn)代社會生產(chǎn)中，熱能動力工程的地位是極為重要的。今天，工農(nóng)業(yè)各部門及人民生活所消耗的電力絕大部分是由熱能動力的發(fā)電廠所生產(chǎn)的電能提供的;各生產(chǎn)部門中直接用于驅(qū)動機(jī)械設(shè)備的原動機(jī)幾乎全部是汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等熱能動力裝置;在人類征服宇宙空間的偉大斗爭中，也正是熱能動力家族中的一員——強大的火箭發(fā)動機(jī)建立了功勛。總之，對于現(xiàn)代的社會生產(chǎn)的發(fā)展，熱能動力工程起著十分重要的保證作用和積極的推動作用。

一、現(xiàn)代社會的能源及其分類

我們把能夠產(chǎn)生能量的資源稱為能源，能源大體可分為：

1.1一次能源與二次能源。一次能源是指自然界中存在的天然能源;二次能源是由一次能源直接或間接加工轉(zhuǎn)換而成的人工能源。

1.2可再生能源與非再生能源。可重復(fù)產(chǎn)生的一次能源稱為可再生能源，不能重復(fù)產(chǎn)生的自然能源稱為非再生能源。

1.3常規(guī)能源與新能源。常規(guī)能源是指技術(shù)上已經(jīng)成熟、已大量生產(chǎn)并廣泛利用的能源;新能源是指技術(shù)上正在開發(fā)、尚未大量生產(chǎn)和廣泛利用的能源。

1.4清潔能源與非清潔能源。在開發(fā)和利用中對環(huán)境無污染或污染程度很輕的能源叫做清潔能源，否則稱為非清潔能源。

二、熱能的特點

能量的轉(zhuǎn)換：人類所用能源基本上都是由一次能源經(jīng)一次或多次轉(zhuǎn)換而來。

2.1太陽能的轉(zhuǎn)換：太陽照射使植物內(nèi)葉綠素發(fā)生光合作用，將太陽能轉(zhuǎn)換為生物質(zhì)能;太陽能的光——熱轉(zhuǎn)換;太陽能的光——電轉(zhuǎn)換，太陽能電池。

2.2化學(xué)能的轉(zhuǎn)換：通過燃燒，將化學(xué)能——熱能——機(jī)械能。如汽輪機(jī)：化學(xué)能——蒸汽的熱能——經(jīng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)

械能;內(nèi)燃機(jī)：化學(xué)能——燃?xì)獾臒崮堋?jīng)活塞連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為熱能。

2.3熱能的轉(zhuǎn)換：兩種能量形式，即機(jī)械能——內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī);電能——熱電發(fā)電

三、熱能的利用

熱能的應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位（使用領(lǐng)域）：

1）電力工業(yè)——火力發(fā)電或核發(fā)電，均應(yīng)用熱能轉(zhuǎn)換。

2）鋼鐵工業(yè)——煉鋼、軋鋼、高爐煉鐵等均用熱能;

3）有色金屬工業(yè)——鋁、銅等有色金屬的冶煉用熱能;

4）化學(xué)工業(yè)——酸、堿、合成氨的生產(chǎn)過程;

5）石油工業(yè)——采油、煉制、輸送等用熱能;

6）建材工業(yè)—建材的生產(chǎn)過程用熱能。如水泥、陶瓷等;

7）機(jī)械工業(yè)——鑄造、鍛壓、焊接等用熱能;

8）輕紡工業(yè)——造紙、制糖、化纖、印染等用熱能;

9）交通運輸—汽車、火車、船舶、飛機(jī)等動力來之熱能;

10）農(nóng)業(yè)及水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)—電力灌溉、溫室培植、魚池加溫等

11）生活需要——供暖、空調(diào)、烹飪。

四、現(xiàn)階段的熱能動力裝置

燃料在適當(dāng)?shù)脑O(shè)備中燃燒而產(chǎn)生的熱能，然后在熱能動力機(jī)中將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。燃燒設(shè)備、熱能動力機(jī)以及他們的輔助設(shè)備統(tǒng)稱為熱能動力裝置。熱能動力裝置主要有兩大類：一種是以燃燒產(chǎn)生的燃?xì)庵苯舆M(jìn)入發(fā)動機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，如內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)等。內(nèi)燃機(jī)是19世紀(jì)末期開始出現(xiàn)的一種熱能動力裝置。它重量輕、體積小、使用方便、熱效率高，因而得到廣泛的應(yīng)用，特別是在交通運輸工具和移動式中小型機(jī)械上都應(yīng)用內(nèi)燃機(jī)作為動力設(shè)備?，F(xiàn)代用于船舶、機(jī)車及發(fā)電的大型內(nèi)燃機(jī)的單機(jī)功率已達(dá)數(shù)兆瓦至數(shù)十兆瓦。燃?xì)廨啓C(jī)裝置是20世紀(jì)40年代后才得到迅速發(fā)展的熱能動力裝置。由于它是輪機(jī)式機(jī)械，具有轉(zhuǎn)速高及工質(zhì)流量大的優(yōu)點，因此燃?xì)廨啓C(jī)裝置每單位功率的機(jī)體重量及體積都比內(nèi)燃機(jī)要小很多。相應(yīng)地單機(jī)功率也可達(dá)百兆瓦以上，遠(yuǎn)大于內(nèi)燃機(jī)。正是這些因素使得它首先在航空上得到應(yīng)用，燃?xì)廨啓C(jī)裝置和噴氣技術(shù)相結(jié)合而成的航空用渦輪噴氣發(fā)動機(jī)，已成為航空發(fā)動機(jī)最主要的型式。此外，燃?xì)廨啓C(jī)也常用作艦船動力設(shè)備及發(fā)電裝置的動力設(shè)備;另一種則首先將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能傳遞給某種液體使其汽化，然后將蒸汽導(dǎo)入發(fā)動機(jī)進(jìn)行熱功轉(zhuǎn)換，如蒸汽機(jī)和汽輪機(jī)等。蒸汽動力裝置是最早得到應(yīng)用的一種熱能動力裝置。由于它可以燃用固體燃料，甚至燃用廉價的劣質(zhì)燃料，又可以制成功率很大的機(jī)組。蒸汽動力裝置現(xiàn)在仍然是一種極重要的動力設(shè)備，特別是在大型固定式動力設(shè)備方面。它主要用作熱力發(fā)電廠的動力設(shè)備。

五、熱能與動力機(jī)械的應(yīng)用與發(fā)展對地球環(huán)境的影響

1.熱污染：熱能利用和動力技術(shù)的應(yīng)用中的能量損失，以熱能形式傳給環(huán)境，使環(huán)境溫度升高，造成對環(huán)境的危害。如海洋或河水發(fā)電站，冷卻水的熱量排放到自然水源中，使水溫升高，造成水中含氧量降低，影響水生物的生存;地球升溫，冰雪覆蓋區(qū)縮小，反射率下降，吸收更多太陽能，地球溫度進(jìn)一步升高，造成升溫連鎖反映。溫室效應(yīng)已非抽象概念，已影響動植物行為。

2.空氣污染：指各種車輛、供熱設(shè)備、發(fā)電廠、工業(yè)用鍋爐等的廢氣廢料向環(huán)境排放造成的大氣污染。有害污染物主要有：CO2、NOx、SO、HC、CO、碳煙、微粒、鉛、金屬氧化物等。

1）CO2的溫室效應(yīng)：CO2的特點：吸收光譜恰好在地球輻射的主要波長段內(nèi)，所以，對地球輻射能吸收力強，但對太陽能輻射透明;CO2的作用：吸收地面輻射能后，重新輻射，一部分返回地面，另一部分傳給更上層的CO2;CO2含量越高更多的熱量被阻留在低層大氣中，使地球溫度升高，造成溫室效應(yīng)。

2）NOx：NOx對臭氧層很敏感，直接破壞臭氧層的自然平衡;NOx濃度越高，臭氧濃度下降，對紫外線的吸收能力下降。地面紫外線輻射強度增高。皮膚癌率增加;與HC一起在太陽光照射下形成光化學(xué)煙霧——由臭氧、NO、甲醛、乙醛等組成;能見度降低，影響交通安全;

3）硫化物：SO2、SO3、H2S等都是有害物;主要來之煤炭燃燒。SO2影響呼吸道;H2S對呼吸道的刺激更嚴(yán)重;SO3使煙氣露點提高，易形成酸雨或酸霧。在地?zé)崃黧w中H2S含量較多。

3.噪聲危害：對人的心理、生理、聽力、工作、睡眠有不利的影響。

4.放射性污染主要對核燃料等的放射性物質(zhì)，直接對生命有威脅。

結(jié)束語

從大方面看，熱能與動力這一專業(yè)不只局限于熱能與動力工程它的名字上。對于這些內(nèi)容的了解最終目的無非是使各種能源更好的被人類所利用。而在實現(xiàn)這個目的的過程中牽扯到更好利用能源的方法、技術(shù)，高效、安全問題，經(jīng)濟(jì)性問題以及儀表分析、自動化等等。就拿動力工程中的內(nèi)燃機(jī)來講，內(nèi)燃機(jī)有活塞型內(nèi)燃機(jī)還有轉(zhuǎn)子型內(nèi)燃機(jī)，那會不會還能做出新型的內(nèi)燃機(jī)呢，有創(chuàng)新而且很有挑戰(zhàn)性。內(nèi)燃機(jī)是從蒸汽機(jī)發(fā)展而來的，他們的原理基本上相同。然而同為發(fā)動機(jī)的電動機(jī)卻與之有這截然不同的原理，所以發(fā)動機(jī)就是挺有研究性的。研究新原理型的發(fā)動機(jī)確實是很難的，但可貴之處就在于它難，但是并不是沒有一點希望。類似于這一類的有研究性的方向有挑戰(zhàn)還有待我們幾代人去深入研究。

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