Предмет и задачи транспортной энергетики
Транспортная энергетика – это дисциплина, базирующаяся на законах теплообмена и основных положениях термодинамики и рассматривающая вопросы создания тепловых энергетических установок для транспортных средств.
К основным задачам современной транспортной энергетики относятся: применение энергосберегающих технологий, совершенствование традиционных видов транспорта и создание новых, развитие дорожной сети, оптимизация процесса управления транспортными потоками и т.п.
Основной предмет изучения транспортной энергетики - свойства рабочих тел, не зависящих от их микрофизического строения и проявляющихся в процессах обмена энергией между ними в тепловых машинах, тем самым создавая условия для получения механической энергии из теплоты.
Таким образом транспортная энергетика представляет собой раздел термодинамики, в котором методы, определения, а также математический аппарат разрабатываются безотносительно к какому-либо приложению. Основной раздел транспортной энергетики - техническая термодинамика. Данным разделом рассматриваются закономерности взаимного превращения теплоты в работу. Он устанавливает связь между химическими, тепловыми и механическими процессами, совершаемыми в различных машинах, изучает процессы в парах и газах. Объектом ее исследований является термодинамическая система.
Термодинамическая система – это совокупность макроскопических тел, которые обмениваются энергией друг с другом и с окружающей средой.
Термодинамическая система бывает следующих видов:
- Изолированная, которая не взаимодействует с окружающей средой.
- Адиабатная, которая исключает теплообмен с окружающей средой.
- Однородная, которая имеет во всех частях одинаковые физические свойства и состав.
- Гомогенная, которая однородная по своему составу и физическому строению, а также в ней отсутствуют поверхности раздела.
- Гетерогенная, которая состоит из нескольких гомогенных частей с разными физическими свойствами и отделенных друг от друга видимыми поверхностями раздела.
Термодинамические параметры состояния характеризуют физическое состояние рабочего тела, к основным из них относятся: теплоемкость, удельный объем, концентрация, абсолютное давление, энтропия, абсолютная температура, энтальпия, внутренняя энергия, абсолютная температура. В случае отсутствия внешних силовых полей, таких, как гравитационное или электромагнитное, термодинамическое состояние однофазного тела определяется тремя основными параметрами: давление, температура и удельный объем.
Энергетика транспорта
Транспорт представляет собой существенный фактор социального и экономического развития, при этом являясь энергоемкой отраслью, которая требует существенных материальных и людских ресурсов, а также источником загрязнения окружающей среды. Взаимодействия элементов транспорта обусловлены функционированием пяти подсистем:
- Транспортное пространство, которое является носителем энергоемкого транспортного производства. К самым важным факторам, которые определяют энергетические затраты перевозок относятся энергозатраты на проводку транспортных потоков и энергетические показатели транспортных средств.
- Транспортная техника, то есть механизмы, машины и сооружения.
- Персонал.
- Объекты перевозок, то есть грузы и пассажиры.
- Система управления, которая представляет собой совокупность элементов, осуществляющих управление всеми процессами и информационное взаимодействие с инфраструктурой.
Сам процесс перевозки состоит ряда операций, которые отличаются друг от друга своей энергоемкостью. К таким операциям относятся комплектация, складирование, разгрузка, транспортировка, погрузка, накопление и хранение. Например, чтобы оценить энергозатраты на осуществление процесса транспортирования, эффективность которого зависит от характеристик транспортного средства необходимо рассчитать ряд параметров. Часовая производительность транспортного средства может быть рассчитана по следующей формуле:
$П = v*m$
где v - рейсовая скорость передвижения транспортного средства; m - масса груза.
Экономичность транспортного средства характеризуется следующим параметром:
$Э = G/m$
где G - расход топлива за один час.
Разброс рассмотренных параметров различных видов транспорта обусловлен тем, что энергетические затраты единичного транспортного средства зависят не только от его свойств, но и организации движения, а также наличия помех. Энергозатраты всего транспортного потока представляют собой сумму энергозатрат каждого транспортного средства рассматриваемого потока.
Основой для транспортной сети, с точки зрения эффективности, являются ее топологические свойства и организация движения. Например, для движения в пределах мегаполиса больше подходит ячеистая сеть, а для транспортного коридора - древовидная структура.
