Теплотехника Учеб. для вузов А. П. Баскаков, Б. В. Берг, О. К. Витт и др (943465), страница 17
Текст из файла (страница 17)
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. Поскольку горение - .
нераановесный процесс, он связан с потерей работоспособности тем большей, чем ниже температура Т~ получаемых продуктов сгорания. Действительно, из формулы (5.31) видно, что эксергия рабочего тела в потоке е возрастает с увеличением 6~ = сг Ть все более приближаясь помере увеличения Т, к теплоте реакции. В современных паровых кот- лах, например, где теоретическая температура горения достигает 2000 'С и более, потери эксергии при горении составляют 20 — 30 "гв Выше уже отмечалось, что основиымн причинами, снижающими эффективность тепловых процессов. являются тре.
ние и теплаобмен при конечной разности температур. Вредное нлияние трения не нуждается в пояснениях Чтобы рельефнее представить вредное влияние неравновесного теплообмена, а заодно продемонстрировать разницу между методами балансов эксергии и теплоты, рассмозрим передачу теплоты от одного теплоносителя к другому, например, от пранук.
тав сгорания топлива к воде и пару в паровом котле. Продукты сгорания, охлаждаясь в изобарном процессе 1-2 (рис 6.!), от. дают теплоту 9„ = тг!й>, — й>,), которая затрачивается на нагрев воды (линия 5-4), ее испарение (линия 4-5) и перегрев пара до нужной температуры (линия 5-6). Если не учитывать теплопотери в окружающую среду, то количество теплоты, отданной газами, будет равно количеству теплоты (2. = Л (йл — й>), воспринятой водой и паром: (4, = (4„ нли т, (й(,— йг,)=В (йл — й>). Здесь т, и В .- массовые расходы газов и пара, в й>„, йл — удельные энтальпии соответстиующих веществ в соответствующих состояниях. Чтобы изобразить описанные процессы в Т, 5-диаграмме водяного пара в одном масштабе, отложенные на цей значения энтропии воды и пара отнесеиь( к ! кг, а энтропии греющих газов — к их количеству, приходящемуся на ! кг пара, т.
е. 5 > = 5 „т,у Г), з г = з г, т „7 О, где 5,-- удельная энтропия газа. Для удобства сравнении принято также общее начало отсчета энтропии, т. е. зг, т,/)> = з,. В таком случае площадь 1-1'-2'-2. пред. ставляюшая собой количество отданной ~азам теплоты, и площадь 2'-5-4-5-6-6', эквивалентная количеству теплоты, воспринятой паром, равны друг другу. Поток газа входит с зксергией е! =)6> — йв — Та ((о — ль) ~ т 70, и выходит с эксергией е.
=(5.>, — йвл— — Тч (з. — зв ) ~ пг,(0, теряя на кнг(а- 2' 1' 6 5 Рис 6.1, К расчету па Г, х диаграмме зксгргетических потерь при и(равновесном теплааал>еие грамм пара эксергию е, — сг= = (йп — йгйг — )л(5~ — зг )) т,г>() Соозвсзствснно увеличение эксергии килограмма пара ел — д>=- (й>,— йг — )иХ Х(гм — зг)) ((атерн эксергии при передаче теплоты ((е> — е>) — (ел — ег) ) составят ул(ж,— 5>,т„'О)=-Т>,(зл — х~).
(6.2) Графически эти потери изображаются заштрихованной на рис. 6.! площадкой. Расчеты показывают, что только изза неравновесного теплообмена потеря эксергии, т. е. работы, которую теоретически можно бь>ла бы получить, используя теплоту продуктов сгорания топлива, превышает 30 агю НИКНЫ ННГЧНН! НВЛХ ДНИ(Д ! ! ЛГИ ИНУГР!.ННГ('(> (.(НРДНИЯ Чтобы исключить эксергетические потери за счет неравновесного теплообмена с горячим источникам теплоты, целесообразно использовать в качестве рабочего тела газы, получающиеся при сгорании топлива. Это удае~ся осун(ествить в двигателе внутреннего сгорания (ДВС), сжигая топливо непосредственно в е(о цилиндрах.
Теоретический цикл ДВС состоит из адиабатного сжатия 1-2 рабзачего >ела в цилиндре, изохорного 2-7 или изобарного 2-7 подвода теплоты, адиабатного расширения 5-4 или 7-4 и изахорнаго 37 3» Д! Р юл и) их и Рис. 6хц Циклы ДВС: е — и р, е-хеерхицехех; Л вЂ” е Т, .»-хеерлииетех, е — схема цилиндра с першием отвода теплоты 4-1 (рис 6.2) В реальных двигателях подвод теплоты осуществляется ну~ем сжигания топлива. Если пары бензина перемешаны с необходи.
мым для горения воздухом до попадания в цилиндр, смесь сгорает в цилиндре практически мгновенно, подвод теплоты оказывается близким к нзохорному. Если же в цилиндре сжимается только воздух и уже затем впрыскивается топливо, то его подачу можно отрегулировать таким образом, чтобы давление в процессе его. рания оставалось приблизительно постоянным, и условно можно говорить об изобарном подводе теплоты. Чтобы не делать цилиндр двигателя очень длинным, а ход поршня слишком большим, расширение продуктов сгорания в ДВС осуществляют не до атмосферного давления р„а до более высокого давлении р», а затем открывают выпускной клапан и выбрасывают горячие (с температурой Т,) продукты порания в атмосферу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
