Для связи в whatsapp +905441085890

Создание научных основ теплотехники

Наука играет особую роль в современном обществе. Прогресс науки и техники XIX — XX веков, научно-техническая революция XX века создали новое качество жизни. Наука революционизирует не только сферу производства, но затрагивает все сферы человеческой деятельности и начинает регулировать и перестраивать их средства и методы.

Наука оказывает огромное влияние на формирование личности. Через систему образования, направленную в первую очередь на приобретение научных знаний, она создает особый тип человеческого сознания. Образцы научных рассуждений активно влияют на логику человеческого мышления, утверждая особый способ рассуждения и обоснования знаний.

Для выявления общих закономерностей в развитии научного знания философия науки должна опираться на материал истории различных конкретных наук, но в то же время она направлена на сравнение этих дисциплин с целью выявления общих закономерностей в их развитии.

Научное знание, каким бы ни был его объект, обязательно ориентировано на объективность в изучении предмета, на поиск законов и закономерностей его развития. Невозможно отождествлять науку с другими, хотя и тесно связанными с ней формами человеческого творчества.

Человечество, наука и техника, социальные системы — все это часть единой планетарной системы, объединяющей цивилизацию и природную среду, в которой она активно проявляется.

Вот определения технологии и энергетической технологии:

  • Технология — это совокупность средств труда, которые человек создает на основе использования признанных им законов природы для удовлетворения материальных и культурных потребностей общества;
  • Энергетическая инженерия — это область техники, ориентированная на извлечение энергии из природных источников, ее целесообразное преобразование, транспортировку и доставку потребителям.

Теплоэнергетику можно определить как науку о тепловой энергии топлива и законах ее преобразования.

Возникновение теплоэнергетики, как и возникновение любой другой технологии, было ответом на вопрос, возникший перед обществом, на определенном этапе его развития, как решение проблемы, возникшей перед ним. При изучении различных явлений общественной жизни основополагающим можно считать следующее утверждение, сформулированное К. Марксом: «Человечество ставит перед собой только такие проблемы, которые оно в состоянии разрешить, так как при внимательном рассмотрении всегда обнаруживается, что сама проблема возникает лишь тогда, когда материальные условия для ее решения уже существуют или по крайней мере находятся в процессе формирования».

Исходя из вышеизложенного положения, рассмотрим две основные составляющие вопроса формирования теплоэнергетики как науки:

  • постановка проблемы, т.е. возникновение потребности общества в тепловой энергии как материального блага (социального заказа), которое можно рассматривать как движущую силу развития;
  • наличие способов удовлетворения возникающей потребности, наличие материальных условий для решения проблемы, уже имеющихся или находящихся в процессе формирования.

Необходимость в новом источнике энергии была следствием кризиса водной энергии, точнее, кризиса энергии водяных колес, которые уже в 18 веке не могли удовлетворить потребности производства.

Кризис водяного колеса стал проявляться не в проходке зерновых мельниц натурального и мелкотоварного производства, а в металлургии и добыче руды (именно в этих областях кризис водяного колеса сказался больше всего): энергия водяного колеса не обеспечивала производство необходимым количеством руды и топлива; шахты и карьеры, находившиеся далеко от источников воды и потому не имевшие такого двигателя, как водяное колесо, затапливались грунтовыми водами.

Очевидно, что природа редко концентрирует ресурсы руды, топлива и водной энергии (необходимые элементы горного производства) в одной географической точке. Если отсутствие руды и древесины в одном месте приводило лишь к удорожанию производства или экономической нецелесообразности производства металла, то отсутствие руды и источника энергии в одном месте приводило к невозможности производства (так как невозможно транспортировать энергию воды). Это произошло потому, что после резервов надземной части болотника.

Развитие энергетических технологий до 18 века

Прежде чем перейти к основному вопросу, давайте отвлечемся, чтобы ответить на него: Как развивалась энергетика до появления тепловой энергии?

В конце концов, технология гидроэнергетики также возникла в свое время из конкретной потребности, как ответ на проблему, с которой столкнулось общество. В чем была проблема? Она «заключалась в постепенной замене человека в энергоемких производственных процессах механическими функциями машин».

Самые первые машины были разработаны для подъема и перемещения тяжелых предметов. Сначала они лишь помогали людям выполнять транспортные функции, а затем заменили их. Освобождение человека от двигательных навыков началось с первой повозки, запряженной одомашненными животными.

Эти простые и даже сложные устройства первоначально приводились в движение единственным двигателем — руками человека. Однако следующий шаг, приведение в действие этих инструментов силами природы, уже означает появление формы замены человека машиной, характеризующейся передачей энергетических функций от человека к машине.

Раньше этот процесс осуществлялся в местах, «где от исполнителя не требовалось ни мысли, ни умения, ни знаний, ничего, кроме механической энергии, отдаваемой, например, ручке ворот или жернова в виде монотонного циклического движения».

Период биологической энергии

В начальный и очень длительный период развития общества человек сам взял на себя энергетические функции в производственном процессе, являясь единственным двигателем орудий труда, оборудования и простейших технологических и транспортных машин. Позже, в случаях, когда это казалось целесообразным с точки зрения характера производственного процесса и было экономически обоснованным, функции двигателя поручались животным.

Таким образом, первый период развития энергетики характеризовался исключительным использованием так называемой мышечной силы или, точнее, биологической энергии людей и животных. Этот первый этап развития энергетики является периодом биологической энергетики или биоэнергетики.

В первобытном обществе потребность в механической энергии удовлетворялась исключительно за счет затрат биологической энергии. Величайшим достижением первобытной технологии было появление тепловой технологии в виде производства и использования огня. Использование огня сразу же стало находить свое применение как в повседневной жизни, так и в производственной деятельности человека. Согревание огнем, приготовление пищи, которая лучше усваивалась организмом, и защита от диких животных обеспечивали сохранение и развитие человека. Перечисленные виды раннего использования тепла в быту, однако, еще не определяют всего значения для человека этого первого заимствования природной энергии человеком.

Технологическое развитие при рабовладельческом строе

Производство в рабовладельческую эпоху оставалось ручным. Развитие средств труда происходило в противоречивых условиях. Производитель материальных благ (раб) совершенно не был заинтересован в повышении производительности своего труда, потому что повышение оной не могло принести ему никаких преимуществ или улучшения его положения. Наибольшее развитие получили подъемно-транспортные устройства, поскольку строительство крепостей, общественных зданий, дворцов, гробниц и дорог требовало перемещения большого количества строительных материалов и поднятия значительных тяжестей.

Использование рычагов и шкивов для перемещения тяжелых предметов способствовало изобретению колеса, что стало ценным вкладом в инженерное дело, как и появление комбинированных и сложных применений принципа рычага в системах с вращательным движением: Ворота, блоки, полиспасты. Сочетание рычага и колеса позже привело к появлению зубчатых колес.

С появлением и ростом городов возникла задача водоснабжения. Эта проблема обычно решалась путем транспортировки воды самотеком (акведуки) из высокогорных водохранилищ. Поскольку такие возможности были довольно редки в природе, приходилось поднимать большие объемы воды для городского и сельскохозяйственного (орошение сельскохозяйственных культур) водоснабжения. Эта задача, которая в некоторые периоды была чрезвычайно сложной, во многом способствовала техническому прогрессу. Особенностью водоподъема является его высокая энергоемкость, поэтому необходимо было разработать не только транспортирующую часть водоподъемного оборудования (транспортирующую машину), но и тягач (двигатель) для привода первой. Долгое время энергетическая часть проблемы решалась за счет использования биологической энергии рабов.

Потребляющую энергию машину воды можно легко использовать в обратном направлении, превратив ее в машину энергии. На самом деле, в рабовладельческий период была известна возможность использования водяных колес для привода зерновых мельниц, но они строились крайне редко, поскольку использование биологической энергии рабов было дешевле, чем строительство и эксплуатация гидравлического оборудования.

Водяные колеса использовались на Ниле, Евфрате и Янцзы для подъема воды и вращались рабами, как упоминалось ранее. «В то время древние греки и римляне использовали водяные колеса в качестве двигателей для привода насосов и мельниц для отжима масла. Позже водяные колеса стали использоваться в ремеслах, а затем и в промышленности. Римский писатель Марк Ветрувий Полион впервые описал водяное колесо в первом веке до нашей эры».

Устройства, показанные на рисунке П.4, являются первыми реверсивными машинами, появившимися в наше время в виде пропеллерных (винтовых) агрегатов, которые не отличаются друг от друга по принципу своего устройства, но могут выполнять две противоположные функции — подачу механической работы за счет падения воды (водяная турбина) или подъем воды за счет потребления механической работы (турбонасос).

Рабовладельческое общество не создавало энергетических машин, потому что не было стимула использовать энергию неорганической природы в условиях дешевого рабского труда.

Развитие технологий при феодализме

Развитие машиностроения и подъемных машин сделало необходимым обращение к неорганическим источникам энергии, поскольку живые двигатели уже не могли удовлетворить растущий спрос на механическую энергию. Таким образом, в период феодализма функция двигателя была передана водяным и ветряным колесам.

Наиболее характерными энергоемкими производственными процессами были: подъем воды для орошения полей и помол зерна.

На протяжении примерно 14 веков (с VI по XVIII века) «водяное колесо было главной энергетической основой производства». В районах, не имеющих гидравлических ресурсов, энергия воздушных потоков использовалась ветряными машинами, в основном для приведения в движение жерновов. В Голландии, которая была классической страной ветряных машин из-за своего равнинного расположения, эти двигатели широко использовались в дренажных работах в многовековой борьбе голландцев за отвоевание земель у моря.

Ветряную мельницу с крыльями персы изобрели только в VII веке нашей эры, несмотря на то, что уже в III тысячелетии до нашей эры люди использовали паруса для передвижения лодок.

С заменой живого двигателя на водяное колесо стало возможным увеличить размер агрегата, который ранее определялся мощностью человеческого двигателя. Например, «доменная печь» стала доменной печью, ручной молот стал огромным молотом, поднятым энергией потока воды, и т.д. Так возникла потребность в новой энергии, которая стала особенно острой в шахтном водоподъемном оборудовании (это и есть «новые производственные возможности», упомянутые во введении). Ведь «технология, создающая возможность выполнения одних требований, сама вызывает новые и новые требования».

Во второй половине 19 века гидроэнергетика утратила свое качественно ведущее значение и уступила его тепловой энергетике. В результате десятки изобретателей вложили свой труд в изобретение парового двигателя. А в XIX веке наступил кризис существующего механического способа передачи энергии от ее источников к потребителям. Этот кризис вдохновил изобретателей на разработку различных методов передачи энергии, из которых электрический метод дал наилучшие результаты. Это привело к новому подъему водно-энергетических технологий (в самом конце 19 века) и переходу их на качественно новый этап. «Но водяное колесо, которое в XVIII. Век потерял свое значение как энергетическая база, сдавал свои позиции относительно медленно. Например, в 1917 году в России было установлено 46 тысяч водяных колес, их суммарная мощность достигала 40% от общей установленной мощности в стране (без учета транспорта)».

Развитие паровых двигателей

Увеличить мощность паровых электростанций можно не только за счет применения более высокого давления, но и за счет увеличения скорости вращения, что также приводит к снижению металлоемкости конструкции и определенному повышению КПД. Это было сделано за счет значительного снижения потерь пара при конденсации на стенках цилиндра.

Большое значение для повышения эффективности имело внедрение многократного расширения пара последовательно из двух, трех и, реже, четырех цилиндров. В 1804 году А. Вульф предложил паровую машину с отдельным конденсатором и двойным расширением пара последовательно в двух цилиндрах: Высокое и низкое давление.

«Разделение мощности на несколько цилиндров привело к повышению эффективности за счет использования высокого перепада давления и уменьшения передачи тепла между паром и стенками цилиндров. Эта мера также послужила улучшению динамики двигателя, уравновешиванию движущихся масс и способствовала дальнейшему увеличению числа оборотов вала двигателя».

Использование перегретого пара с середины XIX века, на эффект которого указал французский ученый Г.А.Гирн в 1930-х годах, также повлияло на повышение КПД паровых машин, его применил немецкий инженер В.Шмидт в своей конструкции в 1892 году.

В результате во второй половине XIX века были созданы практически все конструктивные формы паровых поршневых двигателей, за исключением прямоточного двигателя, предложенного немецким профессором Штумпфом в 1908 году. Разработаны конструкции смесительных и поверхностных конденсаторов, спроектированы три принципиально разные системы парораспределительных органов: Задвижки, краны, клапаны.

Разработка конструкций кривошипно-шатунного механизма, уплотнений, систем смазки и охлаждения, управления центробежными и инерционными силами и т.д. имела большое значение не только для развития паровых машин. Это была подготовка расчетного, конструкторского и технологического материала для будущей разработки новых типов тепловых двигателей: Паровые турбины и двигатели внутреннего сгорания.

Заключение

В развитии энергетики можно выделить пять последовательных этапов:

  • Биоэнергетика, т.е. использование механической работы биологической энергии человека и животных;
  • механическая энергетика, т.е. использование механической энергии водных и воздушных потоков
  • тепловая энергетика, т.е. использование тепла, выделяющегося при сгорании топлива, в качестве источника механической работы
  • Комплексная энергетика, т.е. преимущественное использование тепловой и гидравлической энергии в качестве первичной энергии и электрической энергии в качестве вторичной энергии;
  • атомная энергетика, т.е. использование энергии ядерных реакций.

Развитие теплоэнергетики на ранней стадии началось с преемственности водной энергии (энергетика водяного колеса). Для использования был предоставлен развитый комплекс технических приемов и конструктивных форм и, в частности, все элементы механики трансмиссии.

«Переход от водной энергетики к тепловой происходил в условиях чрезвычайного преобладания практики над теорией. Скудная информация, полученная исследователями в результате экспериментов с воздухом и водяным паром, давала лишь подсказки к источнику новой «движущей силы», но не объясняла эту «силу»… Наличие атмосферного давления и его величина, выявленные наукой, направили внимание искателей новой «движущей силы» на «использование атмосферы». Так началось развитие пароатмосферных двигателей.

Во время разработки пароатмосферного двигателя был открыт циклический процесс теплового двигателя, который был подтвержден наукой почти 150 лет спустя. Эта цикличность в поршневом двигателе выражалась в прерывистой производительности труда.

Развитие промышленности в XVIII. Век требовал создания двигателя, универсального в своем техническом применении и обладающего бесперебойной работоспособностью. Решением проблемы непрерывности стало использование передаточного механизма, который преобразует прерывистость в непрерывность. В период с 1930-х по 1980-е годы были предложены и внедрены различные методы достижения непрерывной работы. Паровая машина Уатта оказалась самой успешной и эффективной. Дальнейшее развитие паровых двигателей шло по пути увеличения мощности и эффективности.

В связи с применением быстроходных рабочих машин, начавшимся в первой половине Х1Х века, возникла потребность в паровых турбинах. Среди множества изобретений следует отметить конструкции Лаваля (как первую) и Парсона (как основу для дальнейших разработок).

Последний тип теплового двигателя, газовая турбина, не дал ожидаемого эффекта (КПД газовых турбин все еще относительно низок).

И, наконец, стоит отметить примечательный факт — «вековой разрыв в развитии теплоэнергетических технологий…: от первого парового котла в 1680 году до универсального теплового двигателя в 1784 году — паровой машины Уатта; от первой паровой турбины Парсонса в 1884 году до газовой турбины в 1970 году на тепловых электростанциях и, соответственно, парогазовых электростанциях, до возможного появления термоядерных установок для производства электроэнергии».

Список литературы

  1. О.Н. Веселовский, Я.А. Штейнберг, «Энергетика и ее развитие», учебник для энергетиков и электротехников высших учебных заведений — Москва, Высшая школа, 1976, 304 стр.
  2. Виргинский В.С. «Иван Иванович Ползунов 1729-1766» (главный редактор Н.К. Ламан) — М., 1989, Наука, 165 стр.
  3. Дильс Г. «Древняя технология (избранные главы)»: Перевод с немецкого — М., Л. — Труды Института истории естествознания и техники СССР, 1934Г, 380 с.
  4. Белкинд Л.Д., Веселовский О.Н., Конфедератов И.Я., Шнейнберг Я.А. «История энергетики», 2-е переработанное издание,- М.,Л., Государственное издательство энергетики, 1960, 665 с.
  5. Конфедератов И.Я. «История теплоэнергетики. Начальный период (17-18 века)», — М., Л., Энергоиздат, 1954, 316 с.
  6. Конфедератов И.Я. «Технико-экономические основы возникновения теплоэнергетики», Материалы к семинару по истории техники — М., 1956, 23 с.
  7. А.С. Лисянский, «100 лет создания паровых турбин», Электрические станции — №10, 2005, 21-22 стр.
  8. Маликов В.Г. «Не порохом единым», Наш артиллерийский музей — №7, 1985, с.26-27

На странице рефераты по философии вы найдете много готовых тем для рефератов по предмету «Философия».

Читайте дополнительные лекции:

  1. Пространство и время
  2. Материя и движение — Понятие и сущность материи и реальности
  3. Антропология в философии «серебряного века»
  4. Критерии гносеологии
  5. Общие признаки средневековой философии
  6. Лев Исаакович Шестов, русский философ
  7. Философия и ее место в культуре
  8. Гносеология марксизма
  9. Проблема поступательного развития в отдельных сферах общественной жизни
  10. Философия древнего востока о человеке