15 (1013748), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

. (1)

2. Процесс (2-3) парообразования при .

или . (2)

Площадь под изотермой 2-3 равна теплоте парообразования r.

3. Процесс (3-4) – перегрев пара

.

. (3)

Энтропия влажного пара:

. (4)

Энтропия сухого насыщенного пара (х=1).

. (5)

Энтропия перегретого пара:

. (6)

Изобара в области перегретого пара (3-4) идет более круто, чем изобара в области нагрева воды (1-2).

15.7. Паровая диаграмма «h-s ». Расчет теплоты, работы, изменений внутренней энергии и энтальпии с помощью этой диаграммы

На паровой диаграмме «h-s » критическая точка «К» сдвинута влево и вниз по отношению к вершине, так как энтальпия «h_к » в критической точке не является максимальной величиной. Так для воды кДж/кг, а кДж/кг при давлении р=30-40 ата.

Как уже отмечалось, при построении диаграммы «h-s » принимается, что при температуре t₀=0⁰C величины энтальпии, внутренней энергии и энтропии равны нулю, т.е. и (см. диаграмму «h-s »).

Процесс 1-2 – подогрев жидкости при : теплота жидкости , энтропия .

Процесс 2-3 – парообразование (прямая наклонная линия в области влажного пара):

.

Для сухого насыщенного пара (т.3):

.

Для перегретого пара (т.4):

,

.

Положение точек на диаграмме «h-s » определяется заданием следующих параметров:

1. для влажного пара заданием давления (р) и степени сухости (х);

2. для сухого насыщенного пара (х=1) заданием давления (р);

3. для перегретого пара заданием давления (р) и температуры (Т).

По положению точки на диаграмме «h-s » можно определить все параметры этого состояния, рассчитать теплоту и внешнюю работу любого процесса. В диаграмме «h-s » теплоты выражаются прямыми линиями. Поэтому расчет паровых процессов в энергетической части более удобно проводить по диаграмме «h-s », чем по диаграмме «Т-s », где теплоты выражаются площадями под кривой процесса, которые надо измерять планиметром.

Расчет теплоты, работы и изменений внутренней энергии с помощью паровой диаграммы «h-s » проводится в следующем порядке:

- по условию задания наносят на диаграмму график процесса 1-2;

- по положению крайних точек процесса «1-2» определяют все параметры пара а начале: , и в конце : , процесса;

- по общей для всех процессов формуле определяется изменение внутренней энергии пара в процессе «1-2»:

.

Для пара в изотермическом процессе величина и (как известно, для идеального газа в процессе T=const и ). Это связано с тем, что в процессе парообразования внутренняя теплота испарения идет на преодоление внутреннего сцепления между молекулами (работу дисгрегации), которая зависит как от температуры, так и от давления;

- определяется теплота, сообщенная пару в процессе «1-2»:

при ;

при ;

при ;

при адиабатном процессе: и ;

- определяется внешняя работа пара по общему выражению 1-го закона термодинамики: .

15.8. Термодинамические циклы паросиловых установок, работающих по циклу Ренкина и циклу Карно

Цикл Ренкина

По циклу Ренкина работают паросиловые установки теплоэлектростанций, используя в качестве топлива мазут, газ, уголь, торф. Рабочее тело вода. В установках применяются паровые турбины, обладающие большой мощностью при малых размерах. Схема паросиловой установки представлена на следующем рисунке

Паросиловые установки атомных электростанций работают также по приведенной схеме, но источником теплоты является ядерный реактор, а не топка.

Цикл Ренкина полного расширения состоит из следующих процессов:

Процесс - нагрев воды от t_в=0⁰C до температуры кипения с последующим испарением и превращением ее в насыщенный пар в котле при давлении р₁=const.

Процесс – получение перегретого пара в пароперегревателе с параметрами t_пер, v_пер при р₁=const.

Процесс cd – адиабатное расширение перегретого пара в паровой турбине и производство полезной работы (давление уменьшается с давления р₁ до давления р₂).

Процесс da – конденсация отработавшего пара в конденсаторе – холодильнике и получение воды с температурой t_в=0⁰С при р₂=const.

Процесс ab – подача воды с температурой t_в в котел насосом при v_ж=const. При этом давление растет с р₂ до р₁. Далее цикл повторяется.

Совокупность термодинамических процессов, происходящих в отдельных элементах установки, образуют цикл Ренкина, который в «p=v » координатах имеет вид:

где ab – изохорный процесс подачи воды насосом в котел при v_ж=const и t_в=0⁰С; bc – процесс подвода теплоты q₁ при р₁=const, состоящий из трех процессов;

1-2 – подогрев воды в котле (q);

2-3 – кипение и испарение воды в котле (r);

3-4 – перегрев пара в пароперегревателе (q_пер);

cd – адиабатное расширение перегретого пара в паровой турбине;

da – охлаждение и конденсация пара при р₂=const в конденсаторе – холодильнике и образование воды с температурой t_в=0⁰С. при этом отводится теплота q₂.

Изобразим цикл Ренкина в «T-s » и «h-s » координатах:

где h_c – энтальпия свежего пара; h_d – энтальпия отработавшего пара.

Термический кпд цикла Ренкина равен:

,

где h_a=h_b =0 при t_b=t_a=0⁰C. Тогда имеем:

.

Термический кпд цикла Ренкина зависит от энтальпий свежего пара h_c и отработавшего пара h_d.

Результирующая работа цикла Ренкина при h_b=h_a равна: , и теплота . Тогда имеем:

.

Термический кпд цикла Ренкина зависит от начального (р₁) и конечного (р₂) давлений пара и температуры перегрева: . Снижение давления пара в конденсаторе (р₂) и увеличение давления пара в котле (р₁) приводят к росту термического кпд .

Увеличение температуры перегрева (t_пер) улучшает эксплуатационные качества пара, так как снижается возможность его конденсации в процессе расширения на турбине и износ лопаток турбины. Обычно =30-40%. При оценке термического кпд цикла Ренкина надо учитывать затраты работы на сжатие воды насосом, подаваемой в паровой котел.

Цикл Карно в паросиловой установке

Цикл Карно для насыщенного пара обладает наибольшим термическим кпд и большой результирующей работой (l_цк), который равен:

.

Изобразим цикл Карно для насыщенного влажного пара в «p-v » «T-s » координатах:

где ab – адиабатное сжатие в компрессоре; bc –подвод теплоты q₁ при Т₁=const и р₁=const; cd – адиабатное расширение пара на турбине; da –конденсация пара при Т₂=const и р₂=const (отвод теплота q₂).

Недостатками цикла Карно для влажного пара являются следующие недостатки:

1. В т. d влажный пар имеет большое содержание воды, что приводит к износу лопаток турбины.

2. Конденсация пара осуществляется не полностью и в т. a влажный пар содержит большое количество сухого насыщенного пара, что требует больших затрат работы на его сжатие в компрессоре и сводит к нулю положительные стороны цикла Карно.

Поэтому практическое применение цикла Карно в паросиловых установках нецелесообразно так же, как и в энергодвигательных установках с идеальным газом, когда результирующая работа цикла весьма мала при приемлемых размерах цилиндров.

Характеристики

Список файлов книги