Теплотехника Учеб. для вузов А. П. Баскаков, Б. В. Берг, О. К. Витт и др (943465), страница 16
Текст из файла (страница 16)
В идеальном случае расширение пара в двигателе является адиабатным и изображается в Л,з-диаграмме вертикальной линией /-2 между изобарами р, (в нашем примере 10 МПа) и рт (О,! МПа). В соответствии с (5.6) совершаемая двигателем техническая работа равна разности энтальпий рабочего тела до и после двигателя 1„„=6~ — йг. На рис. 5.7, б эта работа изображаешься отрезком 1-2.
Если пар предварительно дроссели. руется а задвижке, например, до ! МПв, то состояние его перед двигателем характеризуется уже точкой !'. Расширение пара в двигателе пойдет при этом по прямой !'-2'. В результате техническая работа двигателя, изображаемая отрезком !'-2', уменьшается. Чем сильнее дросселирустся нар, тем большая доля располагасмого теплопереоада, изображаемого отрезком !-2, безвозвратно те. ряется. При дросселировании до давления рь равного в нашем случае О, ! МПа (точка !"), пар вовсе теряет возможность совершить работу, ибо до двигателя он имеет такое же давление, как и после него. Дросселирование иногда используют для регулирования (уменьшения) мощности тепловых двигателей. Конечно, такое регулирование неэкономично, так как часть работы безвозвратно теряется, но оно иногда применяется вследствие своей простоты.
.. В. 3!.!тМОДИНДВтИЧЕСКЦВ ДНДЛИ ! ОРОцьссыв В кюьтгЗРРссОРАх !2 Ркс 5 8. Индикаторная диаграмма кдсальиогю по!ннкевого компрессора ный клапан закрынается, и все процессы повторяются Индикаторную диаграмму не следует смешивать с р,о-диаграммой, которая строится для постоянного количества вещества. В индикаторной диаграмме ли. нии всасывания 4-! и нагнетания 2-3 не изображают термодинамические процессы, так как состояние рабочего тела в них остается постоянным — меняется только его количество. На сжатие и перемещение ! кг газа затрачивается работа ( — 1„,!, которую производит двигатель, вращающий вал компрессора. Обозначим се через 1„(!.=— = — — г„,!.
Из (5.8! следует, что Процессы сжатия в идеальном компрессоре. К о м п р е с с о р о м называ. ется устройство, предназначенное для смшгия и перемещенин газов. Принцип действия поршневого ком. прсссора таина (рис. 5.8): при движении поршня сяева направо давление в цилиндре становится меньше давления рь открывается всасывающий клапан. Цилиндр заполняется газом.
Всасывание изображается на индикаторной д и а г р а м м е линией 4-!. При обратном движении по!поня всасывающий клапан закрывается, и газ сжимается по линии 1-2. Давление в цилиндре увели. чивастся до тех пор, пока не станет больше рь Нагнетательныи клапан открывается, и газ выталю кается поршнем в сеть (линия 2-3). Затем пагнстатель- !г= ~ одР. (5.28) Рис. 59. Сравнение работы адиабатиого, изо- термического и политронного сжатия На индикаторной диаграмме („ изображается плошадью 4-3-2-!. Техническая работа, затрачиваемая а компрессоре, зависит от характера процесса сжатия. Нв рис. 5.9 изображены изотермический (и=1), адиабатиый (л=л) и политропиый пропессы сжатия. Сжатие по изогерме дает наименьшую площадь, т е, происходит с наименьшей затратой работы, следовательно, применение язотермического сжатия в компрессоре яаляетси знергегическн наибо.
лее выгодным. Чтобы приблизить пропесс сжатия к изотермическому, необходимо отводить от сжимаемого в компрессоре газа теп. лоту. Это достигается путем охлаждения наружной поверхности нилиидра в»дой, подаваемой в рубашку, образуемую полыми стенками иилиидра. Однако практически сжатие газа осу>цествляется по политропе с показателем п=1,!8 —:1,2, поскольку достичь значения и =! не удается Работа, затрачиваемая на привод идеального компрессора, все процессы в котором равновесны, вычисляется по соотношению (5.28).
Считая газ идеальным ', из уравнения политропы (4.22) получаем и =(р>/р)»" и, и (5.29) Если обозначить расход газа в компрессоре через т, кг/с, го теоретическап мощность привода компрессора определится из уравнения 1>>и =я — -- р,п, (5,80) Многоступенчатое сжатие.
Для получения газа выс»кого давления применяют многоступенчатые компрессоры (рис. 5.10), в которых процесс сжатии осу>цествляется в нескольких последова- теории комиргссориых чишки, обл >- Лахипаи прнхтичгски пригмлгмои гочноспх>, осионывастсн пн термодинамике идсмьн»го газа. Например, расче> но>душных компрессоров нв давление до !О Ы11а по уравнениям идеального гизи дает погрешиос>ь около 2 ",4. Рис Б ! О. Схема многое> упеичатого компрессора. !О .
г»нгнп кюнн, >. 2 чрччгх» ыни >члщнлкиихи д д7 ь т -" - ч Ра д> а) Рис Б !1. Индикаторкаи анаграмма трехюупеичатого компрессора (а) и изображение процесса сжатии в Т, мдиаграмме (6) тельно соединенных пилиндрах с промежуточным охлаждением газа после каждого сжатия. Индикаторная диаграмма трехступенчатого компрессора изображена иа рис. 5.1!. В первой ступени компрессора газ сжимается по политропе до давления ди, затем он поступает в промежуточный холодильник 1, где охлаждается до начальной температуры Ть Сопротивление холодильника по воздушному тракту с целью экономии энергии, расходуемой на сжатие, делают небольшим. Это позволяет считать процесс охлаждения газа изобарным. После холодильника газ поступает во вторую ступень и сжимается по политропе до р,ц, затем охлаждается до температуры Т~ в холодильнике 2 и поступает в пилиндр третьей ступени, где сжимается до давления рь Если бы процесс сжатия осуществлялся по изотерме 1-3-5-7, то работа сжатия была бы минимальна.
При сжатии в одноступенчатом ком>>росси>ре по линни ! — 9 величина работы определялась бы площадью 01-1-9-3. Работа трехступенчатого компрессора определяется плошадью 0-1-2-3-4-5-605 Заштрихован- ная площадь показывает уменьшение затрат работы от применения трехступенчатого сжатия. 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«;.).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
