能量的转换与储存.ppt

第二章 能量的转换与储存 第三节：能量转换的主要燃料 第四节：机械能的获取 第五节：能量的储存 第六节：能量的传输 第三节 燃料通常是指能够通过燃烧过程而将化学能转换为热能的物质。 所有化石燃料及由化石燃料加工而成的其它含能体； 所有生物燃料以及由生物燃料加工而成的含能体。 常用的化石燃料为煤、石油和天然气，化石燃料有时又称为矿物燃料。 核燃料 天然铀有三种同位素：铀—238，占99.27%；铀—235，占0.724%；铀—234，占0.006%。 这三种同位素化学性质基本相同。但中子数目不同；铀—238有146个中子，铀—235有143个中子，铀—234有142个中子。这三种同位素的核特性相差很大，只有铀—235的原子核才容易分裂成两个中等质量的原子核，也就是我们所说的裂变。其它两种同位素不易裂变。 第四节 机械能的获取 将热能转换为机械能是目前获得机械能的最主要的方式。热能转换成机械能的装置称之为热机。因为热机能为各种机械提供动力，故通常又将其称之为动力机械。 一、热能的转换 1.热机的效率 应用最广泛的热机有内燃机、蒸汽轮机、燃气轮机等。 内燃机主要为各种运输车辆、工程机械提供动力，也用于可移动的发电机组。 蒸汽轮机主要用于发电厂中，用它带动发电机发电；也作为大型船舶的动力；或拖动大型水泵和大型压缩机、风机。 燃气轮机除用于发电外，还是飞机的主要动力来源，也用作船舶的动力。 广泛应用的电能主要由机械能转换得到。在火力发电厂中蒸汽轮机、燃气轮机带动发电机发电；在水电站中水能先转换成水轮机的机械能，水轮机再带动发电机发电。 2.内燃机 内燃机包括汽油机和柴油机，是应用最广泛的热机。 大多数内燃机是往复式，有气缸和活塞。内燃机有很多分类方法，但常用的是根据点火顺序分类或根据气缸排列方式分类。按点火或着火顺序可将内燃机分成四冲程发动机和二冲程发动机。 四冲程发动机完成一个循环要求有四个完全的活塞冲程： 1）进气冲程：活塞下行，进气门打开，空气被吸入而充满气缸。 2）压缩冲程：所有气门关闭，活塞上行压缩空气，在接近压缩冲程终点时，开始喷射燃油。 3）膨胀冲程（即下行冲程）：所有气门关闭，燃烧的混合气膨胀，推动活塞下行，此冲程是四个冲程中唯一做功的冲程。 4）排气冲程：排气门打开，活塞上行将燃烧后的废气排出气缸，开始下一个循环。 二冲程发动机是将四冲程发动机完成一个工作循环所需要的四个冲程纳入二个冲程中完成。 当活塞在膨胀冲程中沿气缸下行时，首先开启排气口，高压废气开始排入大气。当活塞向下运动时，同时压缩曲轴箱内的空气—燃油混合气；当活塞继续下行时，活塞开启进气口，使被压缩的空气—燃油混合汽从曲轴箱进入气缸。在压缩冲程，活塞先关闭进气口，然后关闭排气口，压缩气缸中的混合气。在活塞将要到达上止点之前，火花塞将混合气点燃。于是活塞被燃烧膨胀的燃气推向下行，开始另一膨胀做功冲程。当活塞在上止点附近时，化油器进气口开启，新鲜空气—燃油混合气进入曲轴箱。 四冲程发动机和二冲程发动机相比，经济性好，滑润条件好，易于冷却；但二冲程发动机运动部件少，重量轻，发动机运动较平稳。 内燃机只能将燃料热能中的25%~45%转换成机械能，其余部分大多被排气或冷却介质带走。因此如何利用内燃机排气中的能量就成了提高内燃机动力性和经济性中的主要问题。 随着科学技术的发展，绝热柴油机、全电子控制内燃机、燃用天然气、醇类代用燃料和氢的新型发动机都相继问世。进入21世纪，由于环境问题日益突出，因此研制新一代高效低排放的发动机已成为科学家们共同努力的目标。 3.燃汽轮机 燃汽轮机和蒸汽轮机最大的不同是，它不是以水蒸汽做工质而是以气体做工质。燃料燃烧时所产生的高温气体直接推动燃汽轮机的叶轮对外作功，因此以燃汽轮机作为热机的火力发电厂不需要锅炉。 它包括三个主要部件：压气机、燃烧室和燃气轮机。 燃汽轮机具有以下优点： 1）重量轻、体积小、投资省。燃汽轮机的重量及所占的容积只有汽轮机装置的几分 一或几十分之一，因此它耗材少，投资费用低，建设周期短。 2）起动快、操作方便。从冷态起动到满载只需几十秒或几十分钟，而汽轮机装置则需几分钟到几小时 。 3）水、电、润滑油消耗少，只需少量的冷却水或不用水，因此可以在缺水的地区运行；辅助设备用电少，润滑油消耗少，通常只占燃料费的1%左右，而汽轮机要占6%左右。 4.汽轮机 蒸汽轮机，简称汽轮机，是将蒸汽的热能转换为机械功的热机。 汽轮机单机功率大、效率高、运行平稳，在现代火力发电厂和核电站中都用它驱动发电机。汽轮发电机组所发的电量占总发电量的80%以上。 此外汽轮机还用来驱动大型鼓风机、水泵和气体压缩机，也用作舰船的动力。 二、水能和风能的转换 三、电能的转换 第五节 一、概述 在机械