Мухачёв Г.А. Щукин В.К. - Термодинамика и теплопередача (1013614), страница 33
Текст из файла (страница 33)
14.1 диаграмма) или 1„„=пл. Иа'а (Тз-диаграмма), ' т. е. считать, что изобары жидкостей совпадают с левой погранич- ной кривой, то работа, получаемая от машины (турбины), 1,=/ю, — Лм (14.1) а) Р Ь) Т Рис. !42 Теплота, эквивалентная этой работе, изображается на Тз-диаграмме пл. а'Ье1с(а'.
Термический кпд цикла Равнина (14.2) В числителе формулы (14.2) стоит количество теплоты, превращенной в полезную работу цикла, а в знаменателе — все подвоцимое к рабочему телу количество теплоты. 171 Из Тз-диаграммы видно, что увеличение начального давления пара при неизменных значениях Т, и Т, приводит к повышению температуры насыщения. Следовательно, средняя температура подвода теплоты возрастает и должен возрасти термический кпд цикла (рис. 14.3, а).
а) Т б) Т г) г Рис. !4 3 Термический кпд цикла должен возрасти, если при других неизменных параметрах цикла увеличить перегрев пара, а следова. тельно, увеличить среднюю температуру подвода теплоты (рнс. 14.3, б). В настоящее время температура перегрева доходит до 840 ...990 К, существенно увеличивая термический кпд цикла. Перегрев пара одновременно уменьшает конечную влажность Влага в турбинах приводит к дополнительным потерям при расширении, а кроме того, вызывает эрозию лопаток турбин, поэтомУ при больших начальных давлениях перегрев пара необходин В некоторых случаях прибегают к промежуточному перегреву па ра (после расширения пара в начальной ступени турбины) (рнс 14.3, в).
При неизменных р~ и Т, в цикле уменьшение конечного давления приводит к повышению кпд цикла, так как в этом слу чае возрастает располагаемый теплоперепад на турбине (й,— Ь~) (рис. 14.3, г). Для уменьшения конечного давления рз на выходе нара из турбины создают разрежение с помощью конденсатора.
Средством повышения термического кпд являются также регенерация теплоты в цикле, применение бинарных циклов и т. д. й 14.2. 1хИКЛ ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ Парогазовый цикл представляет собой бинарный цикл, в котором используются два рабочих тела — продукты сгорания и водииой пар. В газовом цикле температура газов иа входе в турбину 900 ...1000'С, а иа выходе 350'С и более, В паросиловых установках температура перегретого пара достигает 600 ... „650'С, яо зато температура воды в конденсаторе будет всего лишь 25 ...
30'С. Таким образом, в бипаряом цикле можно осуществить перепад температур зяачительио больший, чем в каждом из отдельных циклов, и тем самым увеличить термический кпд цикла, Идеальный цикл парогазовой установки показан на рнс. 14.4, где 1-2 — изотермический подвод теплоты к газу ст горячего источника; 2-3 — адиабатное расширение газа. 3-5 — изобарный отвод теплоты от газа; 6-1— 1 сжатие газа; 3-4 — аднабатное расширение пара; 4-5 — изотермический отвод теплоты в холодный источник от водяного пара; б-б — адиабатное сжатие воды; б-3 — изобарный подвод теплоты к пару.
Практическая реализация изотермического подвода теплоты в газовом цикле 1-2-3-б-1 может быть осуществлена в результате много- СтУПЕНЧатОГО ПОДВОДа тЕПЛОтЫ, а ИЗОтЕРМИЧЕ- Рис 14.1 скнй отвод теплоты в паровом цикле 3-4-б-б-3 может быть осуществлен в процессе конденсации водяного пара (процесс 4 †). Передача теплоты от продуктов сгорания к водяному пару осуществляется в теплообменнике. Газовый цикл в такой схеме является открытым (продукты сгорания удаляются в атмосферу), а паровой †закрыт. Рабочим телом в закрытом цикле может быть не только вода, но и углекислота или другие вещества, утилизирующие теплоту газового цикла. Газовый цикл осуществляется и в виде цикла газотурбинной Установки с подводом теплоты при р=сопз(.
На рис. 14.4 этот цикл изображен пл. 72357. Газовый и паровой циклы могут быть объединены в газопаровом цикле (рабочим телом такого цикла является парогазовая смесь, состоящая из продуктов сгорания и водяного пара). В паРогазовых установках впрыск воды перед турбиной приводит к снижению температуры газов и одновременно к увеличению энтальпни рабочего тела, так как удельная энтальпня воды больше, Чем у продуктов сгорания. Такой цикл был предложен академиКом С. Л. Христиановичем. 173 ГЛАВА 1В ЦИКЛЫ ХОЛОДИЛЬНЪ|Х МАШИН.
ТЕПЛОВОЙ НАСОС (15.3) (15.4) /=Я/з; Ю = /./1000. Единица работы — Дж/с, единица мощности — кВт. й 1бл. ЦИКЛ ВОЗДУШНОЙ ХОЛОДИЛЬНОИ МАШИНЫ Особенность воздушных холодильных машин состоит в том, что воздух имея малую теплоемкость, обеспечивает сравнительно небольшую холодильную мощность, а поэтому для нормальной работы установки требуются больш«е массовые расходы воздуха. Основными элементами установки для получения холода (рис. 15.1) являются компрессор 3 и детандер /. Кроме них имеютс" 174 В холодильных установках происходит процесс передачи теп лоты от охлаждающего тела к окружающей среде. Этот процесс осуществляется рабочим телом холодильной машины — так называемым х о л о д и л ь н ы м а г е н т о м (хладоагентом).
Эффективность цикла холодильной машины определяется холодильным коэффициентом е, равным отношению количества теплоты дз, отведенного от охлаждаемого тела, к затраченной работе 1„. В обратных циклах затрата внешней работы представляет собой компенсационный процесс (см. $5.1), необходимый для осуществления такого цикла. Холодильный коэффициент для 1 кг хладоагента, участвующего в цикле, е=дфп. (15.1) Если осуществляется обратный цикл Карно в интервале температур Т1 — Тз, в ходе которого отбирается от холодильного источника теплота з/2 и передается источнику (окружающей среде) теплота Ф, то на основании (15.1) и (5.3) имеем пз т2 (15.2) и,— дз т,— т, Формула (15.2) показывает, что е, зависит от температуры Т, и температуры окружающей среды Ть Можно доказать, как и ранее, что холодильный коэффициент цикла Карно не будет зависеть от выбора рабочего тела цикла.
Для определения работы и мощности, необходимой для осуществления обратного цикла, надо знать холодопроизводнтельность Я вЂ” количество теплоты, которое отводится от охлаждаемого тела в единицу времени, Дж/с: два теплообменных аппарата, в одном из ннх — рефрижераторе 4 воздух воспринимает теплоту от охлаждаемой емкости, а во втором — холодильнике 2 отдает теплоту окружающей среде или воде холодильника. Процессы в холодильнике н рефрижераторе идут при постоянном давлении, если пренебречь гидравлическими сопротивлениями. В компрессоре давление повышается от р~ до ръ в детаидере па- г дает от ра до рь причем процессы сжатия и расширения считают адиабатными.
Таким образом, идеализи- 5 рованный цикл холодильной машины состоит из двух изобар и двух адиабат (рис. 15.2, а, б). Этот цикл называется циклом Лоренца. Расчет цикла проводится следу- и ющим образом. Количество тепло- 97 ты,'отбираемое воздухом от охлаж- Рис. 15.1 даемой емкости (холодного источника) в изобарном процессе 2-3, Ча=(7аа "а). (15.5) а) ')т а Рис. 152 Количество теплоты, отдаваемое воздухом в окружающую сре- дУ (охлаждающей воде) в изобарном процессе 4-1, 7,=(Ь,— й,). (15.6) Считая воздух идеальным газом с постоянной теплоемкостью, найдем ~7а — — си(Та — Та); ~7~ — — си(Та — Та), а Работа, необходимая для осуществления цикла, 7 ср((Та Та) (Та Та)а (15.7) (15.8) 175 Подставляя значения 42 и 1„в формулу (15.1), получим 2= (15.9) (7, - 7,) - (7, — 7,) или (15.10) (Т4 — 74)/(Тз — 72) — 1 Для адиабатного процесса З-4 можно записать (15.11) и аналогично для адиабатного процесса 1-2 Так как для изобарных процессов 4-1 и 2-З р4=р4 и рс=р2, то из (15.11) и (15.12) имеем Т4 74 Т4 — 74 74 Т2 Т2 Т2 — 74 72 Тогда уравнение (15.10) можно переписать в виде 2= (15.13) 7,172 — 1 или 12-Ц~а (15.14) (Р47Р.)'" '"' — 1 Таким образом холодильный коэффициент цикла зависит только от отношения давлений р~/р2.
При постоянных температурах Т окружающей среды и охлаждаемой ем- 4 кости рассматриваемый цикл является внешне необратимым. Это вызвано тем, что изобарные процессы теплообмена протекают при конечной разности температур, поэтому холодильный коэффициент этого цикла по сравнению с холодильным г коэффициентом цикла Карно меньше. Из рис. 15.3 видно, что в обратном а Ф 2 цикле Карно отбирается теплоты больше Рис. 15.3 чем в цикле Лоренца: пл. 1'ЗЬа1') :»пл. 2ЗЬа2, а работа, затрачиваемая в цикле воздушной холодильной установки, больше, чем в обратном цикле Карно: пл. 12841)пл.
11'ЗЗ'1. В настоящее время воздушные холодильные установки не применяют на практике для получения холода при.умеренных температурах. Они уступили здесь ведущую роль парокомпрессорным холодильным машинам. 176 й 16.2. ЦИКЛ НАРОКОМНРЕССОРНОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ Н парокомпрессорных холодильных установках в основном осуществляются те же процессы, что и в воздушной холодильной машине. Но благодаря тому, чзо рабочее тело никла — ннзкокипящая жидкость, можно холодильный цикл расположить в двухйч1 шой ооласти состояний, в которой изобарные процессы теплообмена будут прогоняешь изотермически.
Кроме того, понижение давления в цикле можно осушсствн~ь нс в детандере, а в дроссельном вентиле, в котором процесс дросселировапна влажного пара сопровождается понижением температуры. На рис. 15.4, а, б даны схема паровой холодильной установки и ее цикл на Тз-диаграмме. Процесс работы установки осуществляется следующим образом (рис. 15.4, а). В компрессоре 3 происходит адиабатное сжатие пара (процесс 3-4 на рис. 15.4, б), а затем пар направляется п1 а) Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
