Предмет теплотехники и ее связь с другими отраслями знаний

Наука, которая изучает методы получения, преобразования, передачи и ис­пользования теплоты, а также принципы действия и конструктивные особенно­сти тепло- и парогенераторов, тепловых машин, аппаратов и устройств, называ­ется теплотехникой. В развитии теплотехники и ее теоретических основ большая заслуга принадлежит русским ученым, инженерам и изобретателям. Научные представления в области теории теплоты были впервые обоснованы в середине XVIII в. М. В. Ломоносовым, который своими теоретическими исследованиями и экспериментальными работами создал основы молекулярно-кинетической теории вещества и установил взаимосвязь между тепловой и механической энергией как одну из форм проявления открытого им всеобщего закона со­хранения и превращения энергии.

Д. И. Менделеев провел фундаментальные работы по общей теории теплоемкостей, впервые научно обосновал проблему подземной газификации топлива и установил существование для каждого вещества критической температуры, выше которой газ не может быть превращен в жидкость, какое бы высокое давление к нему ни было приложено. К. Э. Циолковский, К. В. Кирш, А. А. Радциг, В. И. Гриневецкий и другие русские ученые своими научными трудами и ин­женерными разработками в конце XIX и начале XX столетия создали основы научного проектирования ряда тепловых агрегатов (котлы, тепловые двигате­ли, ракеты и др.). Однако энергетика дореволюционной России, находившая­ся, как и ряд других отраслей промышленности, в кабальной зависимости от иностранного капитала, отставала по уровню своего развития, и многие пред­ложения и изобретения русских ученых не были реализованы.

Великая Октябрьская социалистическая революция коренным образом изменила условия развития энергетики в нашей стране. Уже в первые годы Со­ветской власти по указанию В.И. Ленина был разработан Государственный план электрификации России (план ГОЭЛРО), по которому предусматривалось за 10-15 лет построить 30 новых районных электростанций и довести выработку электроэнергии в стране до 8,8 млрд. кВт×ч в год. К 1935 г. план ГОЭЛРО был значительно перевыполнен, в 1961 г. выработка электроэнергии в СССР соста­вила 327 млрд. кВт×ч, в 1974 г. - 975, в 1980 г. - 1294 млрд. кВт×ч.

Для установления наиболее рациональных способов использования тепло­ты, анализа экономичности рабочих процессов тепловых установок, умелого комбинирования этих процессов и создания новых, наиболее совершенных типов тепловых агрегатов необходима глубокая разработка теоретических основ теп­лотехники. Без этого невозможно было бы создавать мощные паро- и газотурбин­ные установки с высокими начальными параметрами пара и газа, реактивные дви­гатели, межконтинентальные баллистические ракеты и другие виды сложнейших тепловых установок. Следует различать два принципиально различных направления использования теплоты - энергетическое и технологическое. При энергетическом использовании теплота преобразуется в механическую работу. При технологическом (непосредственном) использовании теплота служит для направленного изменения свойств различных тел: например, изменяя тепловое состояние тел, можно добиться их расплавления, затвердевания, изменения структуры, механических, химических, физических свойств и т. д.

Современная энергетика основана главным образом на трансформации теп­лоты в механическую работу, с помощью которой в генераторах создается элек­трическая энергия, удобная для передачи на расстояние. Необходимую для этих целей теплоту получают путем сжигания топлива в топках паровых котлов или непосредственно в двигателях внутреннего сгорания.

В строительной индустрии при производстве различных строительных ма­териалов и изделий теплота в основном используется для технических целей. При этом работа пропарочных, сушильных, обжиговых и других тепловых уста­новок также полностью определяется законами теплотехники.

Теоретическими разделами теплотехники, в которых исследуются законы превращения и свойства тепловой энергии и процессы распространения теплоты, являются техническая термодинамика и теория теплообмена.