Muqobil energiya manbalari

5-amaliy mashg’ulot. Asosiy termodinamik holat parametrlari.

Kelajakda ekologiya talablariga javob beruvchi suniy energetik manbalar orasida boshqariladigan termoyadro sintezi reaksiyalari asosida ishlaydigan energetik markazlar insoniyatga xizmat qiladi.

Gidro, geleo, geo, shamol, suv to‘lqini energiyalari asosiy energiya manbalari bo‘lib qoladi.
Issiqlik energetik qurilmalar - issiqlik mashinalarini, qurilmalarni va uskunalarni texnikaning hamma tarmoqlarida qo‘llanishi va ishlatilishi haqidagi fandir.
Issiqlik energetik qurilmalari fani uchta katta bo‘limlardan iborat:
1. Texnik termodinamika asoslari.
2. Issiqlik almashinish nazariyasi.
3. Issiqlik energetik qurilmalari.
Birinchi bo‘lim, texnik termodinamika asoslari - issiqlik jarayonlari hisobiga sodir bo‘ladigan energiyaning bir turdan ikkinchi turga aylanishini, moddalarning ichki tuzilishini e’tiborga olmagan holda, nisbatlar orasidagi munosabatlarni o‘rganadigan fandir. Termodinamika tabiatning universal qonunidan (energiyaning aylanishi va saqlanishi) foydalanib, issiqlikning texnikada qo‘llanilishida sodir bo‘ladigan termodinamik jarayonlar yechimini hal etadi. Termodinamika fanining maqsadi bir necha qoidalar - termodinamika qonunlari yordamida ochib beriladi.
Ikkinchi bo‘lim, issiqlik almashinish nazariyasi-issiqlikni hamma turdagi muhitda (suyuq, qattiq, gaz, vakuum) tarqalishini o‘rganadigan fandir.
Issiqlik atrof-muhitda uchta usul bilan tarqaladi:
1. Issiqlik o‘tkazuvchanlik.
2. Konveksiya.
3. Nurlanish.
Issiq jism sirtining sovuqroq jism sirtiga tekkanda issiqlik energiyasining past temperaturali jismga o‘tish jarayoni issiqlik o‘tkazuvchanlik deyiladi.
Suyuq, gazsimon yoki sochiluvchan moddalar mikroskopik qismlarining harakati vaqtida ularning o‘zaro zarralari bilan aralashuvi natijasida issiqlik energiyasining uzatilishi hodisasi konvektiv issiqlik almashinuvi deyiladi.
Issiqlik bir jismdan ikkinchisiga nur orqali uzatilishi-nur issiqlik almashinuvi deyiladi.
Uchinchi bo‘lim, issiqlik mashinalari – qozon qurilmalari issiqlik elektrostansiyalari, bu turbinalari, atom elektrostansiyalari va ularning yordamchi uskunalari bayon etilgan bo‘limdir.
1.2. Texnikaviy termodinamikaning asosiy tushunchalari
Issiqlik - materiya harakatining bir shaklidir. Moddani tashkil etgan zarrachalar va maydonlar majmuasi materiya hisoblanadi. Moddaning tarkibiy qismiga kirgan elektron, atom, molekula, zarracha, kristall panjara tugunlarida joylashgan atomlarni murakkab harakati natijasida paydo bo‘ladigan energiya - issiqlikdir.
Molekulyar - kinetik nazariya nuqtai nazaridan tushuntirilgan bu g‘oyani XVIII asrda D.Bernulli va rivojlantirdi. XIX asrga kelib issiqlik haqidagi g‘oyani R.Mayer, J.Joulp, R.Klauzius, D.Maksvell yana ham rivojlantirdilar.
Issiqlik energiyasi jismlarning o‘zaro ta’sirlashuvi (kontakt) natijasidir.
Sistemalararo temperaturalar farqi ya’ni T₁>T₂, o‘rinli bo‘lsagina, issiqlik energiya sifatida birinchi sistemadan ikkinchisiga o‘tadi, ikkala sistemaning temperaturalari bir xil T₁=T₂ bo‘lsa, issiqlik uzatilmaydi; sovuq modda (sistema)dan issiq jismga issiqlik uzatilmaydi, ya’ni T₁2 bo‘lishi mumkin emas.
Ish jismi - energiyani bir turdan boshqa turga aylantirish jarayonida ish bajaradigan moddalardir. Ish jismi deganda yoqilg‘ining (benzin, mazut, kerosin, solyar moyi, gaz va gazlar aralashmasi, porox, suv bug‘i, zarralar yoki plazma oqimi) har xil turlari tushuniladi. Texnikada quyidagi gazlar eng ko‘p ishlatiladi:
O₂ - kislorod, N₂ - azot, H₂ - vodorod, CO - uglerod, CO₂ - karbonat angidrit, CN₄ - metan, N₂O - suv bug‘i, tabiiy va sun’iy gaz, gazlar aralashmasi - atmosfera havosi.
Termodinamik sistema. O‘zaro va boshqa jismlar bilan energiya va modda almasha oladigan jismlar majmui - termodinamik sistema deyiladi. Birorta termodinamik sistema berilgan bo‘lsin. Masalan, termodinamik sistema sifatida silindrdagi porshen kallagi ustida joylashgan ideal gazni yoki havo va yoqilg‘i aralashmasini olish mumkin. Bunday termodinamik sistema parametrlarini o‘zaro ta’sirlashuv natijasida oz miqdorda bo‘lsa ham o‘zgartira oladigan jism tashqi muhit deyiladi.
Termodinamik sistemada sodir bo‘ladigan va uning holat parametrlaridan hech bo‘lmaganda bittasi o‘zgarishi bilan boliq bo‘lgan har qanday o‘zgarish termodinamik jarayon bo‘ladi. Tashqi muhit bilan termodinamik sistemaning o‘zaro ta’sirlashuvchi natijasida o‘rganilayotgan sistemaning holat parametrlari o‘zgaradi.
Sistemaning holat parametrlari deb ataladigan fizik kattaliklar qabul qilingan. holat parametrlariga solishtirma hajm, bosim va temperatura (P, V, T) kiradi.
Holat parametrlari
Berilgan hajmdagi gazga tashqaridan issiqlik miqdori uzatilsa yoki undan chiqarilsa, sistemaning birdaniga uchchala parametri yoki birortasi o‘zgarishi mumkin. Uzatilishi zarur bo‘lgan issiqlik miqdori o‘rniga gaz egallagan hajmni kamaytirib yoki kengaytirib, gazning holat parametrlarini o‘zgartirish mumkin. Chunki gaz qisilsa-isiydi, kengaytirilsa-soviydi.
Dastlab holat parametrlari ideal gazlarning qonunlarini o‘rganishda qo‘llanilgan.
Agar quyidagi uchta asosiy termik parametrlar qiymatlari aniq bo‘lsa, gazning holati aniqlangan deb hisoblanadi.
Solishtirma hajm. Moddaning holatini o‘rganishda uning birlik massasi egallagan hajmiga ko‘ra aniqlanadi. Ya’ni, moddaning zichligi (r) va unga nisbatan teskari bo‘lgan solishtirma hajm - V
va
V va r qiymatlari o‘rniga G massali gaz uchun ixtiyoriy hajm berilishi mumkin:
yoki
va
yoki
bunda massa birligi-kilogrammda (kg); hajm birligi-metr kub darajasida (m³).
SI (xalqaro birliklar sistemasi) o‘lchov birliklari sistemasida solishtirma hajm m³/kg; zichlik – kg/m³; hajm birligining birlik kuchi-N/m³.
Bosim. Solishtirma bosim P idish yuzasining birligiga ishchi jism (gaz, bug‘) tomonidan ta’sir qilinayotgan qiymati bilan belgilanadi.
Molekulyar-kinetik nazariyaga ko‘ra gaz bosimi molekulalarning idish devorlariga urilishi natijasida hosil bo‘ladi. Shu tizimida bosim kvadrat metrga bo‘lgan Nyuton bilan aniqlanadi, ya’ni (N/m²). Ushbu (N/m²) birligida o‘lchanadigan bosim qiymati juda kichik bo‘lgani sababli bosimni o‘lchash uchun o‘lchov sistemasidan tashqari bo‘lgan bar qo‘llaniladi.
1 bar=10⁵n/m²
1 n/m²=10^-5 bar
MKGSS o‘lchov sistemasida: solishtirma hajm-m³/kg; solishtirma vazn-kgs/m³; bosim-kgs/m² da o‘lchanadi. Ko‘pincha bosimni o‘lchov sistemadan tashqari bo‘lgan atmosfera bilan o‘lchanadi, yao’ni kgs/sm² yoki suyuqlik ustuni balandligi bilan: suv bo‘lsa – suv ust.mm; simob bo‘lsa – simob ust.mm.
Texnik atmosferasi – 1 sm² yuzaga bo‘lgan 1kgs bosim to‘g‘ri keladi va «at» orqali belgilanadi:
Texnikada keng qo‘llaniladigan manometrlar texnik atmosferalar bilan tarirovka (qiymat ko‘rsatadigan tabloni birliklari bo‘linma shkalasi) qilinadi.
1 at=1kgs/sm²=10000kgs/m²=9,80665n/sm²=98066n/m²=0,98066 bar
bunda 1 bar=1,02 at teng.
Suyuqlik ustuni balandligi bosim o‘lchoviga quyidagicha mos keladi:
1at=10m suv ust.=10000 mm suv ust.=0,3756 m simob ust.=735,6 mm simob ust.
1kgs/m²=1mm suv ust.=9,80665n/m²;
1bar=750,1mm simob ust.
1 mm simob ust=133,32n/m².
Yuqorida berilgan ifodalar yer yuzasiga 0,3% aniqlik bilan mos bo‘lib simob harorati-0 ^oC; suv harorati-4 ^oC ga tengdir.
Texnikada, o‘rganilayotgan atrf-muhitning bosimini o‘lchash uchun mo‘ljallangan uskunalar (prujinali manometr, vakuummetr, manovakummetr, suyuqliklar ustuni) odatda ortiqcha bosimni ko‘rsatadi.
Bundan tashqari bunday o‘lchov uskunalari atmosfera bosimdan pastroq bo‘lgan gaz (yoki bu) bosimini belgilab beradi, ya’ni, bosimlar orasidagi farqni aniqlaydi.
Shunday qilib, haqiqiy yoki absolyut bosimni aniqlash uchun ortiqcha va havoning atmosfer bosimlarini yig‘indisini olish zarur:
P_abs=P_ort+B (1.1)
Bosim pasaygan sari absolyut bosimni aniqlashda atrof-muhitning bosimidan og‘ish qiymatini ayirish lozim:
P_abs=B-v (1.2)
Ortiqcha bosim manometr bilan o‘lchanadi va manometrik bosim deb ataladi.
Vakuum yoki bosimning pasayishi atrof-muhit bosimiga nisbatan idishdagi bosimning kichikligini vakummetr yordamida o‘lchanadi.
Atrof-muhit bosimi (atmosfer havoni) barometr orqali (odatda simob ustunining balandligi, mm) o‘lchanadi va barometrik bosim deb ataladi.
Harorat. Sistemaning issiqlik holatini tao’riflaydigan asosiy holat parametrlaridan biri jism tarkibidagi molekulalarning tezligi qancha katta bo‘lsa, ularning kinetik energiyasi ham shuncha katta qiymatga yetadi. Demak, harorat modda tarkibidagi molekulalarning kinetik energiyasi o‘lchovidir.
Harorat birligi Kelvin (K) va Selsiy (^oC) shkalalari orqali belgilanadi va «nol» holatiga yoki dastlabki qiymatga bog‘liq.
O‘lchash maqsadida ikki turdagi shkalalar qo‘llaniladi:

1. 
   termodinamik (absolyut) harorat shkalasi;
   
2. 
   xalqaro (yuz gradusli) harorat shkalasi.
   

Xalqaro harorat shkalasida 0 ^oC ga muz erish haroratiga, 100 ^oC ga – suv qayonashga mos keladi va bunda normal atmosfera bosimi bo‘lib 760 mm simob ustuniga tengdir.
Absolyut harorat shkalasi termodinamikada keng qo‘llanadi va uning doimiy nuqtalariaro masofasi 100 qismga bo‘linadi.
Absolyut harorat shkalasining noli muz erish nuqtasidan 273 bo‘linma pastroqqa o‘tkaziladi va bunda absolyut harorat absolyut noldan hisoblanadi:
T=t+273,15 K. (1.3)
Energiyani saqlanishi va o‘zgarishi qonuniga ko‘ra bajarilayotgan ishga ekvivalent energiya miqdori mos keladi. Bunda energiya birligi ish birligi bilan bir xil.
Turli energiya, ish hamda issiqlik SI va MKGSS o‘lchov tizimlariga ko‘ra Joulda (J) birligida o‘lchanadi.
1 Joul deganda 1n ga teng bo‘lgan kuchni 1m masofada bajargan ish qabul qilinadi (bunda kuch ta’siri va kuch ta’sir qiladigan nuqtaning harakat yo‘nalishlari bir xil).
MKGSS o‘lchov tizimida kuch birligi sifatida 1 kgs∙m qabul qilingan.
1 kgs∙m=9,81 J 1J=0,102 kgs∙m.
Ba’zi hollarda issiqlik qiymatlarini o‘lchashda o‘lchov tizimlaridan tashqari bo‘lgan kaloriya qo‘llaniladi. Issiqlik texnikasida kaloriya, ya’ni kilokaloriya (kkal) qabul qilinadi.
1 kilokaloriya deganda 1 kg suv haroratini 1^oC ga oshirish uchun sarflanadigan issiqlik miqdori nazarda tutiladi (bunda atmsofera bosim normal va harorat 19,5^oC dan 20,5^oC gacha bo‘lgan oraliqda o‘zgaradi).
Vaqt birligida keltirilgan energiya (yoki ish) quvvat deb ataladi.
SI o‘lchov tizimida quvvat birligi-J/s da, ya’ni vatt (Vt) yoki kJ/s, ya’ni kilovat kVtda qabul qilinadi: 1kVt=1000 Vt.
75 kGs m/s=1 o.k.(ot kuchi) ga teng.
O‘lchov tizimlardan tashqari bo‘lgan: Vatt*soat (Vt*s) va kilovatt*soat (kVt*s) birliklar ham qo‘llanadi.
1 Gkal=10⁹ kal=10⁶ kkal.