Ядерные реакторы
РБМК 1000
Математика
Курсовые
Альтернативная энергетика
ВВЭР
Информатика
Черчение

Теплоэнергетика

Реактор БН
Сопромат
Электротехника
Ядерная физика
Ядерное оружие
Графика
Карта

Нетрадиционные виды получения электрической энергии

Солнечные аэростатные электростанции (генерация водяного пара внутри баллона аэростата за счет нагрева солнечным излучением поверхности аэростата, покрытой селективно-поглощающим покрытием). Преимущество — запаса пара в баллоне достаточно для работы электростанции в темное время суток и в ненастную погоду.

Принцип построения атомной энергетики.

Элементы ядерной физики.

Как известно, все в мире состоит из молекул, которые представляют собой сложные комплексы взаимодействующих атомов. Молекулы - это наименьшие частицы вещества, сохраняющие его свойства. В состав молекул входят атомы различных химических элементов.

Химические элементы состоят из атомов одного типа. Атом, мельчайшая частица химического элемента, состоит из "тяжелого" ядра и вращающихся вокруг электронов.

Ядра атомов образованы совокупностью положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов. Эти частицы, называемые нуклонами, удерживаются в ядрах коротко действующими силами притяжения, возникающими за счет обменов мезонами, частицами меньшей массы.

Ядро элемента X обозначают как: 

или X-A, например уран U-235: 

где Z - заряд ядра, равный числу протонов, определяющий атомный номер ядра

A - массовое число ядра, равное суммарному числу протонов и нейтронов.

Ядра элементов с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов называются изотопами (например, уранимеет два изотопа U-235 и U-238); ядра при N=const, z=var - изобарами.

Ядра водорода, протоны, а также нейтроны, электроны (бета-частицы) и одиночные ядра гелия (называемые альфа-частицами), могут существовать автономно вне ядерных структур.

Такие ядра или иначе элементарные частицы, двигаясь в пространстве и приближаясь к ядрам на расстояния порядка поперечных размеров ядер, могут взаимодействовать с ядрами, как говорят участвовать в реакции. При этом частицы могут захватываться ядрами, либо после столкновения - менять направление движения, отдавать ядру часть кинетической энергии. Такие акты взаимодействия называются ядерными реакциями. Реакция без проникновения внутрь ядра называется упругим рассеянием.

После захвата частицы составное ядро находится в возбужденном состоянии. "Освободиться" от возбуждения ядро может несколькими способами - испустить какую-либо другую частицу и гамма-квант, либо разделиться на две неравные части. Соответственно конечным результатам различают реакции - захвата, неупругого рассеяния, деления, ядерного превращения с испусканием протона или альфа-частицы.

Дополнительная энергия, освобождаемая при ядерных превращениях, часто имеет вид потоков гамма-квантов.

Вероятность реакции характеризуется величиной "поперечного сечения" реакции данного типа. Деление тяжелых ядер происходит при захвате нейтронов. При этом испускаются новые частицы и освобождается энергия связи ядра, передаваемая осколкам деления. Это фундаментальное явление было открыто в конце 30-ых годов немецким и учеными Ганом и Штрасманом, что заложило основу для практического использования ядерной энергии.

Ядра тяжелых элементов - урана, плутония и некоторых других интенсивно поглощают тепловые нейтроны. После акта захвата нейтрона, тяжелое ядро с вероятностью ~0,8 делится на две неравные по массе части, называемые осколками или продуктами деления. При этом испускаются - быстрые нейтроны/ (в среднем около 2,5 нейтронов на каждый акт деления), отрицательно заряженные бета-частиц и нейтральные гамма-кванты, а энергия связи частиц в ядре преобразуется в кинетическую энергию осколков деления, нейтронов и других частиц. Эта энергия затем расходуется на тепловое возбуждение составляющих вещество атомов и молекул, т.е. на разогревание окружающего вещества.

После акта деления ядер рожденные при делении осколки ядер, будучи нестабильными, претерпевают ряд последовательных радиоактивных превращений и с некоторым запаздыванием испускают "запаздывающие" нейтроны, большое число альфа, бета и гамма-частиц. С другой стороны некоторые осколки обладают способностью интенсивно поглощать нейтроны.

Ядерный реактор - это техническая установка, в которой осуществляется самоподдерживающаяся цепная реакция деления тяжелых ядер с освобождением ядерной энергии. Ядерный реактор состоит из активной зоны и отражателя, размещенных в защитном корпусе. Активная зона содержит ядерное топливо в виде топливной композиции в защитном покрытии и замедлитель. Топливные элементы обычно имеют вид тонких стержней. Они собраны в пучки и заключены в чехлы. Такие сборные композиции называются сборками или кассетами.

Вдоль топливных элементов двигается теплоноситель, который воспринимает тепло ядерных превращений. Нагретый в активной зоне теплоноситель двигается по контуру циркуляции за счет работы насосов либо под действием сил Архимеда и, проходя через теплообменник, либо парогенератор, отдает тепло теплоносителю внешнего контура.

Перенос тепла и движения его носителей можно представить в виде простой схемы:

1.Реактор

2.Теплообменник, парогенератор

3.Паротурбинная установка

4.Генератор

5.Конденсатор

6.Насос

II. 2. Классификация ядерных реакторов.

Ядерные реакторы делятся на несколько групп:

в зависимости от средней энергии спектра нейтронов:

1. быстрые

2. промежуточные

3. тепловые

по конструктивным особенностям активной зоны:

1. корпусные

2. канальные

по типу теплоносителя:

1. водяные

2. тяжеловодные

3. натриевые

по типу замедлителя:

1. водяные

2. графитовые

3. тяжеловодные

4. и др.

Для энергетических целей, для производства электроэнергии применяются:

1. водоводяные реакторы с некипящей или кипящей водой под давлением,

2. уран-графитовые реакторы с кипящей водой или охлаждаемые углекислым газом,

3. тяжеловодные канальные реакторы и др .

В будущем будут широко применяться реакторы на быстрых нейтронах, охлаждаемые жидкими металлами (натрий и др.); в которых принципиально реализуем режим воспроизводства топлива, т.е. создания количества делящихся изотопов плутония Pu-239 превышающего количество расходуемых изотопов урана U-235. Параметр, характеризующий воспроизводство топлива называется плутониевым коэффициентом. Он показывает, сколько актов атомов Pu-239 создается при реакциях захвата нейтронов в U-238 на один атом U-235, захватившего нейтрон и претерпевшего деление или радиационное превращение в U-235.

Энергетика - важнейшая отрасль народного хозяйства, охватывающая энергетические ресурсы,  выработку, преобразование, передачу и использование различных видов энергии. Это основа экономики государства. Развитие человеческого общества неразрывно связано с использованием природных ресурсов нашей планеты, с потреблением энергии во все возрастающих масштабах. Но большинство ресурсов не возобновляется, по крайней мере, в заметных количествах. Это повышает ответственность людей перед грядущими поколениями за бережное и рациональное использование ресурсов планеты, возможно меньшее загрязнение ее всевозможными отходами.

В процессе ядерной реакции могут появляться как ядра способствующие поддержанию цепной реакции (те которые испускают запаздывающий нейтрон), так и ядра, оказывающие неблагоприятное воздействие на ее ход (если они обладают большим сечением радиационного захвата).

Реакторы с водой под давлением. Реакторы с водой под давлением занимают видное место в мировом парке энергетических реакторов. Кроме того, они широко используются на флоте в качестве источников энергии, как для надводных судов, так и для подводных лодок. Такие реакторы относительно компактны, просты и надежны в эксплуатации. Вода, служащая в таких реакторах теплоносителем и замедлителем нейтронов, относительно дешева, неагрессивна и обладает хорошими нейтронно-физическими свойствами.

 Лекция 7

Расчет поглощения солнечной радиации абсорбером. Оптический и тепловой к.п.д. солнечного коллектора. Полезно отводимое тепло. Определение коэффициента отвода тепла и коэффициента потерь коллектора. Расчет коэффициента эффективности коллектора. Стандартные испытания солнечного коллектора.

 Лекция 8

Оптические потери в прозрачном ограждении солнечного коллектора. Законы Снелиуса и Бугера. Расчет коэффициентов отражения, и пропускания с учетом поляризации и многократного отражения.

Лекция 9

Тепловые потери в солнечном коллекторе. Коэффициенты Нуссельта для различных случаев расчета коэффициента теплоотдачи в гелиоэнергетических устройствах. Расчет конвективных и радиационных потерь в коллекторе. Эквивалентные схемы термического сопротивления на различных участках прохождения теплового потока от абсорбера в окружающую среду. Определение температуры прозрачного ограждения методом итераций. Определение суммарного коэффициента потерь солнечного коллектора.

 Лекция 10

Селективное покрытие-ловушка для солнечной энергии. Виды селективных покрытий. Физические основы механизмов обеспечивающих селективность коэффициентов поглощения и излучения.

 Лекция 11

Концентратор в виде составной параболы, его конструкция и особенности. Угол восприятия. Связь между высотой концентратора и степенью концентрации для разных углов восприятия. Расчет коллектора с составной параболой и вакуумным теплоприемником. Расчет полезно отводимого тепла от коллектора с концентратором в виде составной параболы.

 Лекция 12

Солнечные системы теплоснабжения. Классификация солнечных систем теплоснабжения. Солнечные системы горячего водоснабжения. Примеры тепловых схем. Расчет количества тепла для нужд горячего водоснабжения. Одноконтурные и двухконтурные системы солнечного теплоснабжения. Учет промежуточного теплообменника при расчете коэффициента отвода тепла.

Метод градусо-дней. Расчет суммарной тепловой нагрузки в системах отопления и горячего водоснабжения.

 Лекция 13

Расчет доли тепловой нагрузки покрываемой за счет солнечной энергии в системах отопления и горячего водоснабжения, f- метод.

Аккумулирование тепла, классификация тепловых аккумуляторов. Энтальпийные аккумуляторы, конструкции, требования к рабочим веществам, перспективные рабочие вещества и их свойства.

 Лекция 14

Аккумуляторы тепла с фазовыми переходами, конструкции аккумуляторов, рабочие вещества и их свойства.

Аккумуляторы тепла с химическими реакциями, конструкции аккумуляторов, требования к рабочим веществам, перспективные рабочие вещества и их свойства.

Солнечные тепловые электростанции и их классификация, принцип работы, тепловой баланс, к.п.д.

Перспективы солнечной энергетики Сгенерированная на основе солнечного излучения энергия сможет к 2050 году обеспечить 20-25 % потребностей человечества в электричестве и сократит выбросы углекислоты. Как полагают эксперты Международного энергетического агентства (IEA), солнечная энергетика уже через 40 лет при соответствующем уровне распространения передовых технологий будет вырабатывать около 9 тысяч тераватт-часов — или 20-25 % всего необходимого электричества, и это обеспечит сокращение выбросов углекислого газа на 6 млрд тонн ежегодно

Инженерная графика

 

Сопромат