teplotekhnika (852911), страница 22
Текст из файла (страница 22)
В результате действительная работа цикла существенно снижается:1221ц.д=_ІрІ Іс І=ІОрТІОІр_ІОс/т10іс'(6'11)После соответствующих подстановок получим выражение для внутреннего абсолютного КПД ЦиклаіЦ= [ор'Поір_ ІІосІ/'Поіс611_(6.12)Эффективный (абсолютный) КПД установки помимо потерь, учитываемых внутренним абсолютным КПД цикла, учитывает механическиепотери введением механического КПД и потери в элементах и устройствах установки, не связанные с совершением цикла (в котельном агрегате, камере сгорания, редукторе, электрогенераторе и т.п.) через их эффективные КПД:цеуус=ціпоіппэ(6.13)где Пц - произведение КПД, учитывающих упомянутые потери.Эффективный КПД пе показывает долю теплоты, выделяемой приполном сгорании топлива, которая превращается в полезную работу, отдаваемую потребителю (например, электрогенератору или гребномувинту):(6.14)1е= 1194,.Неиспользованная доля удельной теплоты состоит из удельной теплоты '(12ДІ, отводимой в цикле с учетом его необратимости, и потерьудельной теплоты Ацпот, не связанных с совершением цикла, но неизбежных в реальной установке:Ач=(1-пе)ч..(6.15)Очевидно,АЧПОТ=(піц_пе)Ч|'(6.16)Эта потеря также рассеивается в окружающей среде.Анализ теплоэнергетической установки с помощью системы коэффициентов полезного действия основан на законе сохранения и превращения энергии, иначе - на первом начале термодинамики.
Он не учитывает, что теплота и работа не равноценны, а теплота различного потенциала имеет различную ценность.Вследствие этого рассмотренный метод анализа хотя и дает вполненадежную оценку эффективности теплоэнергетической установки, ноне использует всех возможностей термодинамического аппарата. Он непозволяет обнаружить основные очаги необратимости, т.е. те процессы,которые должны привлекать наше особое внимание в целях повышенияэффективности установки.123Этого недостатка лишены эксергетический и энтропийный методы,основанные на обоих началах термодинамики.6.4.
Энтропийный и эксергетический методы анализаВ реальных теплоэнергетических установках имеется необратимостьдвух типов: необратимость, вызванная наличием трения при движениирабочего тела в элементах установки, и необратимость, обусловленнаяналичием конечной разности температур в процессах передачи теплотымежду рабочим телом и источниками теплоты. Цикл называют внутренне обратимым, если в нем отсутствуют потери на трение при течении рабочего тела, и полностью обратимым, если наряду с этим отсутствуют необратимые потери, связанные с внешним теплообменом (обменом теплотой с горячим и холодным источниками).
Таким образом, цикл, в котором отсутствуют потери на трение при течении рабочего тела, но осуществляется теплообмен при конечной разности температур между рабочим телом и источниками, будет обратим внутренне, но необратимвнешне.Метод коэффициентов полезного действия учитывает потери лишьвнутренней необратимости цикла, но никак не учитывает потери, обусловленные разностью температур рабочего тела и источников теплоты.Тем не менее, метод коэффициентов полезного действия широко распространен в практике теплотехнических расчетов. Объясняется это тем,что внешняя необратимость не влияет на количественные результаты анализа: внутренняя необратимость цикла приводит к потере части подводимой теплоты, а внешняя необратимость не приводит к потерям теплоты, так как одно и то же ее количество передается вне зависимости от того, какова разность температур между рабочим телом и источниками теплоты.
Внешняя необратимость приводит к потере качества - работоспособности, недоиспользованию температурного потенциала теплоты,который в случае термодинамически более совершенной организациипроцесса теплообмена позволил бы получить большую работу.Характерным примером внешней необратимости является теплообмен в котле между продуктами сгорания топлива и пароводяной эмульсией - рабочим телом паротурбинной установки.
В современных крупных котлоагрегатах КПД топок превышает 95%, следовательно, с позиций первого начала термодинамики это очень совершенное устройство.С позиций второго начала термодинамики в топке имеет место ярко выраженная внешняя необратимость процесса передачи теплоты от горячего источника (ТІ = 2200 К) к экранным трубам, в которых циркулируетпароводяная смесь (ТІ = 600 К). Потеря работоспособности подсчитывается по формуле Гюи-Стодола.
Тепловое устройство, весьма эффективное с позиций первого начала термодинамики, оказывается весьма несо124вершенным с позиции второго начала термодинамики (эксергетическийКПД котла не превышает 50%).В отличие от метода коэффициентов полезного действия энтропийный и эксергетический методы, основанные на обоих началах термодинамики, позволяют найти источники необратимости в элементах энергетической установки.Суть энтропийного и эксергетического методов анализа одинакова это подсчет потерь необратимости.
Различны лишь способы практического применения.Потеря работоспособности всей системы в целом равна сумме потерьработоспособности отдельных элементов этой системы:і=пАЬсист=ЕМ?і=1Найденные значения АІ,і покажут, в каких элементах установки необратимые процессы вносят основной вклад в величину АЬСИСТ, следова-тельно, в каких элементах установки процессы требуют усовершенствования в первую очередь.Возрастание энтропии АЅІ.
в результате необратимости процессов вычисляется по известным формулам.Иногда удобно судить о степени обратимости процессов внутри элементов установки по внешней характеристике рабочего тела и источни-ков - по разности эксергий АЕх на входе в элемент установки и на выхо-де из него. Эксергия подсчитывается по формулам эксергии теплоты, потока или неподвижного рабочего тела, иногда удобно пользоваться специальными эксергетическими диаграммами.Первым был разработан энтропийный метод анализа энергетическихустановок. Эксергетический метод возник в 60-е годы прошлого века иполучил распространение в различных областях теплотехники и холодильной техники.Таким образом, методы количественного анализа совершенствованияэнергетических установок, основанные на первом начале термодинамики,должны быть дополнены методами качественного анализа на базе двух началтермодинамики - энтропийным или эксергетическим, позволяющимиучесть все необратимосги, внутренние и внешние, оценить их вклад, выявить элементы системы, требующие первоочередного усовершенствования.6.5.
Тепловой и эксергетический балансы теплоэнергегическихустановок. Вторичные энергетические ресурсыДизельные двигатели относятся, как известно, к числу наиболее экономичных тепловых двигателей. КПД лучших образцов достигает 50-51 %,однако и в них теряется значительное количество теплоты. Тепловой ба125ланс двигателя показывает распределение теплоты, выделенной при сгорании топлива.Тепловые балансы часто составляют на 1 кг сжигаемого топлива илина 1 ч работы двигателя.Для последнего случая тепловой баланс ДВС запишется следующимобразом:вчод = звошуе + ог + от + ом + от,(6.17)где Вч - часовой расход топлива, кг/ч; ОЗ - низшая теплота сгорания топлива, выделяюшаяся при сгорании І кг топлива, кДж/кг; Не - эффективная мощность ДВС, кВт; ОГ , ООШ, Ом - потери теплоты соответственно с выпускными газами, охлаждающеи водои и смазочным маслом,кДж/ч; ООП - остаточный член теплового баланса, учитывающий потеритеплоты в окружающую среду, погрешности при определении составляющих теплового баланса и т.п.Составляющие теплового баланса подсчитываются по данным испытаний - замеров расходов газов, охлаждающей воды, масла, а также температур сред на входе в ДВС и выходе из него.
Часто эти составляющиезаписывают в относительных единицах:1:3600 + гг +00×л+2м+<20стоды/м от. (2.58, від. 958,.ИЛИ(6-18)1=пе+4г+40хл+4м+цост,где це - эффективный КПД двигателя; пе =3600+ 3600ОЅВЧ /~е ОЅЅе(здесь 38 - удельный эффективный часовой расход топлива, кг/(кВт-ч);ее - удельный эффективный часовой расход топлива, кг/(кВт~ч); 38 == Вч/А/е); цг - доля теплоты, выделившейся при сгорании топлива, теряе-мой с выпускными газами; от, ам - доли теплоты, теряемой соответственнос охлаждающей водой и маслом; Чт - остаточный член теплового баланса.Тепловой баланс для двигателей различных типов не одинаков и зависит от тактности, быстроходности, конструкции, нагрузки, степени наддува и ряда других факторов.На рис. 6.7 приведены ориентировочные составляющие тепловогобаланса ряда судовых дизелей при работе на номинальном режиме.
Теп-ловой баланс не учитывает энергетическую неравноценность теплоты иработы, а также неравноценность теплоты различного потенциала, непозволяет обнаружить основные очаги необратимости. Эксергетическийбаланс лишен этих недостатков.1261,5-2 1,5-2 1,5-2ЧМ 4-5 4-6 4-7Чи, 10-12 10-1410Чв7-8_7-88-1030--51 40-46 35-40Рис. 6.7. Тепловой баланс ДВС:Х- химическая энергия топлива; МОД, СОД, ВОД - соответственно мало-, средне- и- теплота, рассеиваемая двигателем в окружающуювысокооборотные двигатели;арсреду; а" - теплота, воспринимаемая маслом в узлах трения двигателя; 4” - теплота,отводимая от двигателя с охлаждающей пресной водой; 48 - теплота, отбираемая отвоздуха в воздухоохладителе; цг - теплота, отводимая с выпускными газами двигателяЭксергетический баланс может быть составлен как соотношение исходной эксергии Ехі, полезно преобразованной эксергии Ехпол и суммыразличных потерь эксергии Ехп в процессе преобразования:Ех, = Ехпол + 2 Ехп.(6.19)К исходной эксергии обычно относят химическую эксергию топлива.Часто ее определяют как высшую теплоту сгорания топлива 0:, реже как низшую теплоту сгорания топлива ОЗ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
