Теплотехника Учебн.для вузов. Под ред. А.П.Баскакова. М. (1013707), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Чем больше число ступеней сжатия и промежуточных охладителей, тем ближе процесс к наиболее экономичному-- изотермическому, но тем сложнее и дороже конструкция компрессора. Поэтому вопрос о выборе числа ступеней, обеспечивающих требуемую величину ря решается на основании технических и технико-экономических соображений. Процессы сжатия в реальном компрессоре хзрзктеризуются наличием внутренних потерь на трение, поэтому работа, затрачиваемая на сжатие газа, оказывается больше рассчитанной по уравнению (5.29).
Эффективность работы реального компрессора определяется от н ос нтельным внутренним КПД, представляющим собой отношение работы, затраченной на привод идеальнога компрессора, к действительной. Для характеристики компрессоров, работающих без охлаждения, применяют адиабатиый КПД Ч.,=!.,/1„,, где 1,„ работа при равновесном адиабатном сжатии, вычисленная по уравнению (5.25) при п=й; 1„ — работа, затраченная в реальном компрессоре при сжатии ! кг газа. Для характеристики охлаждаемых компрессоров используют изотермический КПД г).,=1м/1„„где 1., — работа равновесного сжатия в изотермическом процессе, подсчитаннан по формуле (5.29) при и=!.
Цт. ЗКЕГРГИЯ ПОТОКА РАБОЧЕГО ГЕЛА Определим возможный равновесный путь перехода рабочего тела в потоке из начальнога состояния 1 с давлением р~ и температурой Т~ в конечное состояние 0 с давлением рг и температурой Тг окружающей среды (рис. 5. ! 2) . Так как рассматриваемая система содержит только один источник теплоты (окружающую среду с неизменной температурой Тг), то равновесный процесс можно представить себе либо при отсутствии теплообмена между потоком н сре- 54 Рис. 5.!2. К определению эксергни потока ра- бочего тела дой (адиабатное расширение нли сжатие), либо при наличии теплообмена между потоком и средой, но обязательно при температуре Т, (изатермическое расширение или сжатие).
Во всех остальных процессах неизбежно будет иметь место теплообмен между рабочим телом и средой при конечной разности температур и равновесный переход станет невозможным. Это значит, что един. ственным возможным путем перехода к равновесию с окружающей средой является аднабатное расширение до рг, Тг и последующее изотермическое расширение (илн сжатие, если точка 2 окажется правее точки О) до рг, Тг.
В последнем процессе рабочее тело отнимает от среды теплоту де=То(ег — зг). На рис. 5.)2 ана изображена заштрихованной площадкой. Так как 1-2 — адиабата, то зг=зь Тогда ео = То (зэ — з | ) . Согласно уравнению первого закона термодинамики для потока (бэ.З) в случае, когда сг=с~ и е,„, =дг (поскольку процессы равновесны), д=дг — А~+1,",',"'. Подставив выражение для г) в предыдущую формулу, получим е=(ггг =Л~ Аэ Тэ (э~ ьа) (5.З!) Величина 1,",'„"' есть максимальная удельная техническая работа, которую может совершить рабочее тело в потоке в процессе равновесного перехода из состояния рь Ть в котором энтропия равна зь а энтальпия Аь в состояние рг, Т„ с энтропией зг и энтзльпией )ы. Оиа называетсн макси мал ьной работоспособностьюю или эксергией потока рабочего тела и обозначается буквой е.
Из изложенного ясно, что эксергия, т. е. максимальная работа, которую можно получить от рабочего тела в потоке, как правила, не равна располагаемому теплоперепаду й, — йш В некоторых случаях, как в изображенном на рис 5 12 примере, она окнзывастся больше располагаемого теплоперепада за счет теплоты, отбираемой рабочим телом от окружающей среды. В других случаях (когда зз(з~) она будет меньше, чем й! — йш Эксергия е=й~ — 6« — Тз(х~ — л») зависит от параметров как рабочего тепа йь зь так и окружающей среды р«, Та.
Однако если параметры окружаюпхей среды заданы (чаще всего принимают Т»=203 К, р«=100 кПа), то эксергию можно рассматривать просто как функцию состояния рабочего тела. Понятие эксергия полезно при анализе степени термодииамического совершенства тепловых аппаратов. Проиллюстрируем это на следующем примере. Представим себе, что в аппарат поток рабочего тела входит с удельной эксергией еь а выходит из него с эксергией еь причем в аппарате рабочее тело совершает техническую работу 1„„. Насколько совершенно протекает термодинамический процесс в аппаратез Каждый килограмм рабочего тела до аппарата потенциально может совершить максимальную работу еь а после аппарата ех Значит, пройдя аппарат, рабочее тело «потеряло» часть работа- способности, равную е, †Но при этом была совершена техническая работа 1.,„.
Такии образом, «чистая» потеря раба. тоспособности н аппарате 51=(е, — еб — 1„,. (5.32) Эта потеря может происходить только из-за неравиовесности протекающих в аппарате процессов. Чем больше иеравн<>весность, тем больше 51 и меньше полезная работа 1„.„ Если все происходящие в аппарате процессы равновесны, то мы получаем максимально возможную в данных условиях работу: 1„л„г=е, — е .
(5.33) Если в тепловой аппарат, производя. щий полезную работу 1„„, входит поток рабочего тела с параметрами рь Т, и подводится теплота а от источника с температурой Т„„, а из аппарата выходит поток рабочего тела с параметрами рь Ть то потери работоспособности составит 51='((е„„+е ) — е„„] — 1„ы (5 34) где е., и е„,„определяются по формуле (5.31), а е«=д~ (1 — Тл)Т«;.). В выражение величины Л1 входят потери работоспособности, обусловленные трением и теплообменом при конечной разности температур, а также потери теплоты аппаратом вследствие теплообмена с окружающей средой.
Для количественной оценки степени термодинамического совершенства теплового двигателя используется э к се ргет и ч ес к и й К ПД, который имеет вид з!»а = 1„„/(е,„+е, — е„„„) . (5.35) Каигральиы«вопросы и задачи 5.!. Определить теоретические значения скорости истечения и расхода воздуха, вытекающего из воздухопроводв через отверстие диаметрам 5 мм в атмосферу. Избыточное давление в виздухоправал« 0,2 !О Па, температура 20 'С.
Барометрическое давление 758 им рт.сг. 5 2. Во сколько раз изменится теоретическая скорость истеченкя сухого насыщенного пара (р, =4,5 МПа) в атмосферу, если суживающееся сопла заменить соплом Лавлляз Трение в сопле ие учитывать. 5.3. За счет чего при дросселироваиии пара любого состояния происходит увеличение энтропии? 5.4. Можно ли в резулыате дросселирования сухого насыщенного пара вновь получить сухой пар меньшего давления! 5.5. Компрессор сжимает 100 м"уч воздуха температурой 1, =27 'С от давления д, = =0,098 до р«=0,8 МПа.
Определить мощность, необходимую длч привода идеалыюго (без потерь) компрессора, считая сжатие изотермическим, вдвабаги мекки и полвгропным с показателем полнтропы л = 1,2. !пава шее!ая ЦИКЛЫ )ЕПЛОСИЛОВЫХ УСТАНОВОК и.! мыли ндмич! г лдя ! !КННМС!Ц ЦИК.Ы!8 .
Г "° М Ы!ИЬ!Х УС1' К>НОК Как показано в 4 3.3, наибольший термический КПД в заданном диапазоне гемператур имеет цикл Карно. При его осуществлении предполагается использование горячего источника с постоянной температурой, т. е фактически с бесконечной теплоемкостью. Между тем на практике в работу превращается теплота продуктов сгорания ~оплива, теплоемкость которых конечна. Отдавая теплоту, они охлаждаются, поэтому осуществить изотермичсское расширение рабочего те. ла при максимальной температуре горения не удается. В этих условиях необходимо установить общие принципы, определяющие наибольшую термодинамическую эффективность теплосилового цикла, в частности, с позиций потери эксергии. Эксергетический и термический коэффициенты полезного действия позволяют оценивать термодинамнческое совершенство протекающих в тепловом аппарате процессов с разных сторон.
Те р м и ч ес к и й К П Д, а также связанный с ним метод тепловых балансов позволяют проследить за потоками теплоты, в частности рассчитать, какое количество теплоты превращается в том или ином аппарате в работу, а какое выбрасывается с неиспользованным (например, отдается холодному источнику). Потенциал этой сбрасываемой теплоты, ее способность еще совершить какую- либо полезнук~ работу метод тепловых балансов не рассматривает Эксергетический метод, наоборот, позволяет проанализировать качественную сторону процесса превращения теплоты а работу, выявить причины и рассчитать потери работоспособности потока рабочего тела и теплоты, а значит, и предложить методы их ликвидации, что позволит увеличить эксергетический КПД и эффективность работы установки.
Поэтому в дальнеишем анализе эффективности работы тепловых установок мы будем параллельно пользоваться как эксергетнческим методом, так и методом ба.чансоа теплоты Назначением теплосиловых установок является производство полезной работы за счет теплоты. Источником теплоты служит топливо, характеризующееся определенной ~сипотой сгорании 0.Максимальная полезная работа й„.„, которую можно получить, осуществляя любую химическую реакцию (в том числе и реакцию горения топлива), определяется соотношением Гиббса (!839 — !903) н Гельмгольца (182! — 1894), получаемым в химической термодинамике: Г.„.,=а+Та(...,У(т.
(81) Эта работа может быть меньше теплоты сгорания (), а может быть и боль. ше, в зависимости от знака 8(„...Л(7'. Расчеты показывают, что дли большинства ископаемых топлив (.„,„, Я. Таким образом, эксергия органического топлива (в расчете на единицу его массы) примерно равна теплоте его сгорания, т. е. теоретически в работу можно превратить весь тепловой эффект реакции, например, в топливных элементах. Физически это понятно, поскольку в своей основе химическая реакция связана с переходом электронов в веществе, организовав этот переход, можно сразу получить электрический ток. В теплосиловых установках энергия топлива сначала превращается в тепловую путем его сжигания, а полученная теплота используется для выработки механической энергии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
