Теплота и работа как формы передачи энергии

Предисловие

Если человеку стоит что-либо знать вообще,

ему стоит знать это хорошо.

А. Смит

Предлагаемое учебное пособие написано на основе действующей рабочей программы для специальности 030600-«Технология и предпринимательство». При подготовке пособия авторы ставили целью создать единое пособие по теплотехнике, дающее полное и соответствующим образом адаптированное изложение программного материала для студентов технолого-экономических факультетов педвузов.

Учебное пособие содержит основные разделы курса «Теплотехника»: теплопередача, теория теплообмена, устройство и принцип действия тепловых машин, экологические вопросы энергетики. В конце каждого раздела приведены контрольные вопросы для самопроверки усвоения материала и тестовые задания, позволяющие закрепить теоретические знания и эффективно готовиться к зачету и экзамену. В приложении к пособию даны все необходимые справочные материалы для решения самостоятельной контрольной работы предусмотренной учебным планом для данного курса. Материалы учебного пособия могут быть использованы для дистанционного обучения и тестирования.

Структура работы такова, что наиболее важные определения выделены жирным шрифтом, формулы для запоминания заключены в рамку, а ключевые понятия подчеркнуты. Авторы надеются, что это поможет студентам в усвоении и запоминании теоретического материала.

Пособие в особенности ценно для студентов заочного отделения. Специфика заочной формы обучения заключается в том, что студент усваивает определённую часть теоретического и практического материала дисциплин учебного плана самостоятельно. В связи с этим он нуждается в чётких методических рекомендациях к выполнению контрольных заданий, предлагаемых ему программой изучения того или иного курса.

При написании учебного пособия авторами была использована литература, перечисленная в библиографическом списке. Данная литература может быть использована студентами для более глубокого изучения данного курса.

Настоящее учебное пособие является первой попыткой обобщения опыта чтения лекций по теплотехнике в течении ряда лет на технолого-экономическом факультете Стерлитамакской Государственной педагогической академии для студентов специальности «Технология и предпринимательство».

Введение

Теплотехника – наука, изучающая законы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, принципы устройства и методы расчета тепловых машин и аппаратов. Она подразделяется на три раздела: техническую термодинамику, теорию теплообмена и тепловые машины.

Техническая термодинамика является теоретическим фундаментом теплотехники. Она изучает закономерности взаимного превращения тепловой и механической энергии, разрабатывает основы теории тепловых машин.

Теория теплообмена изучает законы переноса теплоты от одной области пространства в другую. Перенос теплоты представляет собой процесс обмена внутренней энергией между элементами рассматриваемой системы в виде теплоты.

Тепловые машины – устройства для получения тепловой энергии и преобразования ее в работу. К ним относятся энергетические установки и тепловые двигатели: котельные установки, двигатели внутреннего сгорания, паротурбинные и газотурбинные установки, холодильные и криогенные установки, плазменные энергетические установки и тому подобное.

Техническая термодинамика

Название науки «термодинамика» происходит от греческих слов «термос» – тепло и «динамис» – сила. Таким образом, термодинамика – наука, изучающая законы превращения теплоты в работу и наоборот – работы в теплоту. Термодинамика опирается на фундаментальные законы (начала), которые обобщают наблюдения за процессами в природе, независимо от конкретных свойств тел.

Основные понятия термодинамики

Для взаимного превращения теплоты в работу необходимо иметь такое вещество, которое может легко изменять свой объем. Это вещество называется рабочим телом. В качестве рабочего тела применяют различные газообразные вещества.

В термодинамике в качестве рабочего тела используется идеальный газ. Он обладает следующими свойствами:

1) молекулы находятся в постоянном хаотическом движении;

2) отсутствует собственный объем молекул, то есть ничтожно мал по сравнению с межмолекулярным объемом;

3) между молекулами отсутствуют силы взаимодействия.

Объект термодинамического исследования называют системой.

Термодинамическая система – это группа рабочих тел или одно рабочее тело, выделенное для изучения.

Все что не включено в систему, но может взаимодействовать с ней, называется окружающей средой.

В общем случае взаимодействие системы и окружающей среды может состоять в обмене веществом и передаче энергиитеплотой и работой, под которой понимают как механическую, так и немеханическую виды работ.

Термодинамическая система называется закрытой, если она не обменивается с окружающей средой веществом.

Термодинамическая система называется открытой, если она обменивается с окружающей средой веществом.

Термодинамическая система, абсолютно не взаимодействующая с окружающей средой, называется изолированной. Термодинамическая система называется адиабатной, то есть термоизолированной, если она не обменивается с окружающей средой теплотой.

При взаимодействии с окружающей средой рабочее тело переходит из одного состояния в другое, о чем можно судить по изменению параметров, поддающихся прямому измерению.

Физические величины, характеризующие систему в состоянии равновесия, называют параметрами состояния. Они относятся к системе в целом и не зависят от вида процесса.

Если параметры рабочего тела сохраняют постоянные значения, и равны соответствующим параметрам окружающей среды, то такое состояние термодинамической системы называют равновесным. В противном случае состояние рабочего тела называют неравновесным.

Параметрами состояния рабочего тела являются удельный объем, давление, температура.

Удельный объем – это объем, занимаемый одним килограммом рабочего тела. Он равен отношению объема газа V к его массе M:

v = , м / кг (1.1)

Удельный объем является величиной, обратной плотности ρ:

v = (1.2)

В случае замкнутой системы изменение удельного объема обусловлено только изменением ее объема. При этом, если удельный объем уменьшается, то система подвергается сжатию. Если удельный объем увеличивается, то система расширяется.

Абсолютное давление Р – сила, действующая на единицу поверхности рабочего тела:

1 Н/м = 1 Па

Давление газов обусловлено ударами молекул о стенки резервуара.

Абсолютная температура – это величина, пропорциональная средней кинетической энергии частиц (молекул газа), из которых состоит система.

Единицей измерения температуры является Кельвин (К) или градус Цельсия (°С).

Термодинамическая температурная шкала установлена по температуре, при которой лед, вода и пар находятся в равновесии друг с другом. Ей соответствует температура, равная 273,16 К и 0,01°С. Один градус Кельвина равен одному градусу Цельсия, и температура Т, выраженная в Кельвинах, связана с t, выраженной в Цельсиях, соотношением:

Т = t + 273,15 К (1.3)

Температура тела характеризует его способность к теплообмену с окружающей средой или другими телами, включенными в рассматриваемую систему. Теплообмен возможен только при наличии хотя бы бесконечно малой разности температур. Это означает, что температура позволяет судить о наличии или отсутствии теплового равновесия между телами, находящимся в тепловом контакте друг с другом.

Термодинамический процесс – это последовательное изменение равновесных состояний рабочего тела.

Если в результате прямого и обратного процессов рабочее тело возвращается в исходное состояние и при этом не изменяет окружающую среду, то такой процесс называется обратимым.

Если при прямом и обратном процессах рабочее тело возвращается в исходное состояние, но при этом отдает часть теплоты окружающей среде, то такой процесс является необратимым.

Все действительные процессы в земных условиях являются необратимыми. Однако, при изучении элементарных термодинамических процессов, они рассматриваются как обратимые процессы, в которых теплота и работа преобразуются в эквивалентных количествах.

1 .2 Уравнение состояния идеального газа.

Параметры состояния равновесной термодинамической системы связаны между собой зависимостью, называемой уравнением состояния.

В термодинамике пользуются уравнениями состояния, полученными из опыта или найденными методами статистической физики. В основном это дифференциальные уравнения.

Использование понятия идеального газа позволяет получать термодинамические соотношения в наиболее простой форме.

Для 1 кг идеального газа уравнение состояния идеального газа имеет вид:

, (1.4)

где P – абсолютное давление, Н/м² ;

v– удельный объем, м³/кг;

T – абсолютная температура, К;

R – удельная газовая постоянная, [Дж/кг*К].

Удельная газовая постоянная показывает, какую работу нужно совершить, чтобы изменить температуру 1 кг газа на 1 К, в изобарном процессе (Р = const).

Для произвольной массы газа М, пользуются уравнением состояния идеального газа в виде:

pּV = MּRּT, (1.5)

где V – полный объем газа, м³;

М – масса газа, кг.

Величина удельной газовой постоянной, входящей в уравнения (1.4), (1.5) зависит от молярной массы газа μ, кг/моль, и определяется по формуле:

R = , (1.6)

где R_μ – универсальная газовая постоянная; R_μ = 8,314ּ10³ [Дж/моль*К]

Уравнение состояния идеального газа применимо для описания поведения реальных газов при их сравнительно малых плотностях. Если это условие не соблюдается, то возникает проблема учета конечного объема молекул и межмолекулярных сил.

Простое уравнение состояния для неидеальных газов было предложено в 1873 г. Ван-дер-Ваальсом:

(Р + )ּ(V – b) = RּT, (1.7)

где a – величина, зависящая от сил взаимодействия между молекулами данного газа;

b – величина, учитывающая собственный объем молекул и силы отталкивания, возникающие между ними.

Энтальпия рабочего тела

Энтальпия – это тепловая функция состояния газа, введенная Камерлинг-Онессом, с ее помощью значительно упрощается рассмотрение термодинамических процессов и их расчеты.

Удельная энтальпия, отнесенная к массе рабочего тела:

(1.35)

Через удельные величины энтальпия определяется соотношением:

(1.36)

или (1.37)

Учитывая, что запишем: (1.38)

так как по уравнению Майера , то (1.39)

Следовательно (1.40)

В теплотехнических расчетах обычно требуется знать изменение энтальпии, а не ее абсолютное значение:

, (1.41)

где С - удельная теплоемкость при P=const

Как мы видим, изменение энтальпии не зависит от вида процесса, а только от параметра состояния (Т), следовательно и сама функция является параметром состояния рабочего тела.

Разделив получаем: (1.42)

То есть независимо от характера процесса изменение энтальпии в нем в К раз больше изменения внутренней энергии.

Энтропия рабочего тела

Энтропия - функция, которая возникла в ходе теоретического поиска наиболее благоприятных условий превращения теплоты в работу в тепловых двигателях и определяет меру необратимого рассеивания энергии. В обратимых процессах с идеальным газом энтропия системы постоянна dS = 0. Для реальных необратимых процессов энтропия системы возрастает, то есть часть энергии рассеивается.

Энтропия обозначается S, единица измерения в системе СИ [Дж/кг*К] процессов: (1.43)

Количество участвующего в процессе определяется соотношением:

(1.44)

При S>0 теплота к системе подводится;

При S<0 теплота отводится..

В практических расчетах чаще всего интересуются изменением энтропии, а не ее постоянным значениям.

Первый закон термодинамики

Первый закон термодинамики является частным случаем всеобщего закона сохранения энергии.

С идеальным газом.

Порядок исследования термодинамических процессов.

1. Записывается уравнение процесса в P-V координатах.

2. Выводятся соотношения между параметрами состояния рабочего тела.

3. Определяются изменения внутренней энергии, энтальпии и энтропии.

4. Вычисляется работа деформации газа в процессе.

5. Вычисляется количество теплоты, участвующей в процессе.

6. Процесс изображается на pV диаграммах.

Обратимый изобарный процесс идеального газа.

1. При изобарном процессе давление остается постоянным: p=const

Для проведения обратимого процесса требуется множество источников теплоты разной температуры.

2. Из уравнения состояния идеального газа при p=const находим: , (1.50)

Выражение (1.50) называется законом Гей-Люссака и показывает, что в изобарном процессе объем газа меняется прямо пропорционально температуре.

3. Изменение удельной внутренней энергии определяется одинаково для всех процессов, так как является параметром состояния рабочего тела: (1.51)

Изменение энтальпии определяется выражением:

(1.52)

Изменение энтропии в изобарном процессе определяется из формулы (1.49):

(1.53)

4. Удельная работа расширения или сжатия газа:

(1.54)

Для M кг газа:

L = M·p(V₂-V₁)= MR(T₂ –T₁) (1.55)

5.Определим удельное количество теплоты участвующее в процессе:

(1.56)

Полная теплота процесса: (1.57)

6. Графически изобарный процесс в PV координатах изображается горизонтальной прямой (рис. 1.4): линия 1 – 2: изобарное расширение рабочего тела (), температура в процессе увеличивается, теплота подводится dq > 0, совершается положительная работа .Линия 1-2 : изобарное сжатие (), здесь температура уменьшается, тепло отводится , над системой совершается работа .

Рис. 1.4 - Процесс изменения состояния идеального газа в изобарном процессе.

Термодинамические циклы

Круговые процессы

Круговые процессы – это такие процессы, в которых рабочее тело, пройдя ряд равновесных состояний, возвращается в исходное состояние.

Круговые процессы необходимы для непрерывного производства работы в тепловых двигателях и установках. Рабочее тело многократно изменяет свое состояние по замкнутой кривой abcd и возвращается в начальное состояние a.

Рис. 1.9Прямой круговой процесс.

На участке abc рассматриваемого кругового процесса рабочее тело расширяется (прямой ход) и производит при этом положительную работу расширения, которая определяется площадью abcc^’a^’. Эта работа получается за счёт подвода удельной теплоты q₁ и изменения удельной внутренней энергии U_c-U_a, происходящего в соответствии с I законом термодинамики:

(1.78)

На участке cda рабочее тело возвращается в начальное состояние (обратный ход), при этом оно сжимается с затратой работы сжатия l_сж которая выражается площадью cdaa^’c^’.

По аналогии с прямым ходом справедливо соотношение:

(1.79)

Разность работы расширения и работы сжатия представляет собой полезную работу двигателя за один цикл:

. (1.80)

В зависимости от знака полезной работы различают два типа установок:

1 l₀>0 – циклы тепловых установок (DBC, гидротурбинные установки и т.п.)

2 l₀<0 – циклы холодильных установок.

На рис. 1.9 изображён круговой цикл тепловой установки:

,

На рис.1.10 изображён круговой цикл холодильной установки:

,

Рис. 1.10-Круговой цикл холодильной установки

Из выражений (1.73), (1.74) находим:

(1.81)

Где -количество удельной теплоты подводимой по линии расширения abc;

- количество удельной теплоты от отводимой по линии сжатия cda.

Величина - называется полезным теплом цикла.

Для кругового цикла тепловой установки характерно, что количество тепла подведённого в процессе расширения, больше количество тепла отводимого в процессе сжатия.

Рис. 1.11

(1.82)

Для кругового цикла холодильной установки характерно:

Рис.1.13

(1.83)

Количество полезного тепла уходит на совершение работы: таким образом, для круговых циклов первый закон термодинамики записывается следующим образом:

(1.84)

То есть для осуществления любого кругового процесса требуется подвод и отвод тепла, то есть наличие двух источников тепла – горячего (теплоотдатчика) и холодного (теплоприёмника).

Таким образом, термодинамическая система, совершающая круговой процесс, состоит из рабочего тела, объекта работы, теплоотдатчиков и теплоприёмников.

Из рассмотренного выше вытекают очень важные выводы, которые составляют содержание второго закона термодинамики.

При превращение теплоты в работу, в непрерывно действующем двигателе, лишь часть количества подведённой теплоты из теплоотдатчика (q₁) превращается в работу, остальная часть (q₂) обязательно должна быть отдана в виде теплоты теплоприёмнику. Это часть теплоты представляет собой неизбежную потерю.

Двигателем, в котором вся теплота, подведённая от теплоотдатчика, целиком превращалась бы в работу, Кельвин назвал вечным двигателем второго рода.

Второй закон термодинамики устанавливает, что вечный двигатель второго рода невозможен.

В непрерывно действующем двигателе теплота теплоотдатчика не может быть полностью превращена в работу.

Существуют и другие формулировки второго закона термодинамики, такие как:

Самопроизвольный переход теплоты от более холодных к более горячем невозможен; (постулат Клаузиуса);

Наиболее общая формулировка принадлежит Больцману:

Цикл Карно

Цикл Карно состоит из двух изотерм 1-2, 3-4 и двух адиабат 2-3, 4-1 (рис. 1.13). Из начального состояния газ изотермически расширяется по линии 1-2 при постоянной температуре T₁, получая при этом количество теплоты q₁ от теплоисточника. В точке 2 рабочее тело отключается от теплоисточника и продолжает расширяться адиабатно без подвода и отвода тепла по линии 2 — 3; при этом его температура снижается от Т₁ до Т₂. В точке 3 рабочее тело подключается к теплоприемнику (холодному теплоисточнику), сжимается изотермически при постоянной температуре T₂ по линии 3 — 4, отдавая теплоту q₂ теплоприемнику. В точке 4 отключается теплоприемник, газ сжимается адиабатно по линии 4 — 1, при этом его температура вновь повышается до T₁.

Рис. 1.13-Цикл Карно.

Удельное количество тепла в изотермическом процессе определяеся выражением: (1.88)

(1.89)

Согласно, первому закону термодинамики, разность q₁-q₂ эквивалентна удельной полезной работе l₀

(1.90)

Из уравнения для адиабаты 2-3 следует:

(1.91)

А для адиабаты 4-1:

(1.92)

Отсюда

или (1.93)

Используя выражения (1.83), (1.84)получим:

– пропорция Карно. (1.94)

Отсюда

(1.95)

Цикл Карно назван идеальным циклом, поскольку имеет ряд допущений:

1) Цикл протекает бесконечно медленно (нет потерь на трение), то есть рабочее тело находится в равновесии;

2) Цикл является обратимым.

Эта формула позволяет сделать следующие выводы;

1) термический кпд цикла Карно не зависит от природы газа;

2) кпд цикла Карно определяется только абсолютными значениями начальной температуры Т1 и конечной температуры Т2; его увеличение возможно повышением Т1 или снижением Т2;

3) кпд цикла Карно и любого другого цикла всегда меньше единицы, т.к. невозможно достигнуть Т = или Т₂ = 0. Следовательно, всю подводимую теплоту невозможно превратить в работу;

4) для получения работы необходимы два теплоисточника с разными температурами, так как при Т1 = Т2 .

Цикл Карно - это идеальный цикл. Его невозможно осуществить в реальной машине, но максимальный кпд может быть достигнут при максимальном приближении к циклу Карно.

Сравнение циклов ДВС

Сравнение эффективности различных циклов ДВС производится сопоставлением их термических КПД. Условиями сравнения являются одинаковые максимальное давление p₃ и температура T₃ в конце горения, сравнивают степени сжатия этих циклов. Справедливо следующее:

(1.105)

Проводят сравнение циклов ДВС и по TS-диаграмме (рисунок 1.18), где 1-2_p-3-4 – цикл с подводом тепла при p=const;

1-2’-3-4 – при v=const;

1-2-2’-3-4 – смешанный подвод тепла.

– для всех циклов одинаково.

Как видно из диаграммы (1.106)

Рис 1.18-Сравнение циклов ДВС с помощью TS-диаграммы

Недостатки ДВС:

1. невозможность получить большую мощность в одном цилиндре двигателя;

2. повышенные требования к качеству топлива;

3. невысокий КПД;

4. загрязнение окружающей среды.

Водяной пар

Водяной пар получил широкое распространение в различных технологических процессах. Он является рабочим телом в паровых турбинах, паровых машинах, в атомных установках, теплоносителем в различных теплообменниках.

Водяной пар имеет ряд преимуществ перед другими теплоносителями:

1. исходное сырье – вода, широко распространенная в природе;

2. водяной пар не оказывает вредного воздействия на окружающую среду;

3. водяной пар обладает хорошими термодинамическими свойствами.

Процесс превращения вещества из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием.

Парообразование бывает двух видов: испарение и кипение.

Испарение – процесс парообразования с поверхности жидкости.

Кипение – процесс парообразования во всем объеме жидкости.

Если парообразование жидкости происходит в неограниченном пространстве, то вся она может превратиться в пар. Если же парообразование жидкости происходит в закрытом сосуде, то в какой-то момент в пространстве над жидкостью будет находиться максимально возможное количество молекул воды. Пар в этом состоянии имеет максимальную плотность. Такой пар называется насыщенным.

Процессов с водяным паром.

1. Изобарный процесс.

Рис 1.22-Изобарный процесс с водяным паром на диаграмме.

Изобарный процесс 1p2p является процессом расширения и протекает с подводом теплоты.

Начальное состояние водяного пара: 1р: р₁;t₁;V₁; ;S₁.

Конечное состояние водяного пара характеризуется точкой: 2р: p₂; t₂; V₂, ; S₂

; ; .

2. Изохорный процесс.

Рис 1.23

Процесс идет подводом тепла, повышением P и Т.

Точка 1V: p₁; t₃; V₃; ; S₁ Точка 2V: p₂; t₅; V₃; ; S₂

При работа пара равна нулю.

; .

3. Изотермический процесс

Рис. 1.24

Процесс 1t2t является процессом расширения водяного пара и идет с подводом тепла: .

Начальное состояние водяного пара характеризуется точкой: 1t: t₅: V₁p₁; S₁;

Конечное состояние водяного пара характеризуется точкой: 2t: t₅: V₂p₂; S₁;

Количество тепла, участвующее в процессе:

(1.112)

В изотермическом процессе с водяным паром внутренняя энергия пара не остается постоянной (в отличии от идеального газа) и определяется соотношением: (1.113)

Работа, выполняемая паром: . (1.114)

4. Адиабатный процесс

Рис.1.25

Процесс представляет собой адиабатное сжатие пара. Так как процесс идет без теплообмена с окружающей средой то, работа, затраченная на сжатие, идет как изменение внутренней энергии пара:

;

Для водяного пара коэффициент Пуассона не является отношением теплоемкостей, как для идеального газа, а выбирается опытным путем. Для сухого насыщенного пара:

Для перегретого пара

Для влажного пара:

Паротурбинные установки

В паровой турбине энергия давления пара преобразуется на ее лопатках в кинетическую энергию, которая приводит во вращение ротор турбины и связанный с ней генератор, компрессор и другие агрегаты. Турбины, как правило, изготавливают многоступенчатыми, в которых пар проходит через несколько ступеней расположенных друг за другом.

По направлению потока различают осевые турбины, в которых поток пара направлен вдоль оси ротора, и радиальные – в которых поток пара направлен от центра к переферии ротора.

По характеру процесса, совершаемого рабочим телом, турбины делятся на активные и реактивные.

В активной турбине пар расширяется только в направляющем аппарате. Вращающая сила образуется только в результате поворота потока пара на лопатках.

В реактивной турбине расширение рабочего тела происходит как в направляющем аппарате, так и в рабочем. Вращающая сила возникает в результате увеличения скорости рабочего тела при расширении на лопатках.

Простейшая схема паросиловой установки представлена на рис. 1.27

.

Рис. 1.27

Пар из парового котла 1 поступает в пароперегреватель 2, откуда он направляется в турбину 3. В турбине газ расширяется с совершением работы и далее поступает в конденсатор 4, где конденсируется с помощью охлаждающей воды. Образовавшийся конденсат питательным насосом 5 подается в котел и цикл повторяется.

В паросиловых установках реализуется круговой цикл предложенный Ренкиным.

Рассмотрим теоретический цикл Ренкина на pv диаграмме.

4-5: изобарный нагрев воды в котле до ;

5-6: испарение воды при P₁=const;

6-1: перегрев пара до Т₁ при P₁=const и ;

1-2: адиабатное расширение пара в турбине;

2-3: изобарный отвод тепла при ;

3-4: повышение давления питающим насосом.

Вода в паровом котле 1 при постоянном давлении Р₁ нагревается до Т_кип – линия 4-5. Затем происходит испарение при постоянном давлении Р₁, по линии 5-6. По линии 6-1 осуществляется перегрев пара. В турбине пар адиабатно расширяется по линии 1-2, после чего поступает в конденсатор 4, где при Р₂=const конденсируется отводом тепла с помощью охлаждающей воды линии 2-3. Линия 3-4 повышение давления в питающем насосе.

Рис. 1.29

Этот же цикл изображен на TS диаграмме.

3-4: нагрев воды в паровом котле до Т_кип;

4-5: парообразование при ;

т.5: сухой насыщенный пар;

5-1: перегрев пара;

1-2: адиабатное расширение пара в турбине;

2-3: конденсация пара при .

Рис. 1.29

энтальпия перегретого пара в т.1; i₁

энтальпия воды, поступающей в котел; i₂

Для получения 1 кг пара в котле затрачивается количество теплоты

энтальпия отработавшего пара i₂

Количество тепла отведенного от 1 кг пара в конденсаторе равно: (1.115)

Соответственно количество тепла, затраченного составляет:

(1.116)

Термический КПД Ренкина – есть отношение полезно использованного тепла ко всему затраченному, то есть:

, (1.117)

где и - начальное и конечное значение энтальпии пара в адиабатном процессе расширения его в турбине;

- энтальпия кипящей жидкости или давление Р_2.

Для перегретого пара начальная точка 1 находится на пересечении изобары Р₁ и изотермы t₁ (начальное состояние в турбине). Проецируя точку 1 на ось ординат находим энтальпию пара i₁, a проведя из нее адиабату расширения, прямую параллельную оси ординат до изобары, соответствующей давлению Р₂ получим точку 2. По этой точке находим энтальпию отработавшего пара i_2.

Рис. 1.30

Тогда полученная работа цикла

Подробное исследование цикла Ренкина при изменении параметров искомого состояние рабочего тела приводит к выводу, что этого цикла повышается с увеличением начального давления Р₁ и начальной температуре T₁ и уменьшением давления Р₂ в конденсаторе.

Удельный расход пара при осуществлении идеального цикла Ренкина определяется:

, (1.118)

- располагаемый теплоперепад, .

Удельный расход тепла:

(1.119)

Рассмотренные нами формулы определяют и удельный расход пара и тепла в идеальном цикле паросиловой установки.

Действительный цикл сопровождается неизбежными потерями, в следствии чего удельный расход пара и тепла увеличивается. Так в паровой турбине процесс расширения пара сопровождается потерями, связанными главным образом с трением. Работа трения превращается в тепло, повышающее энтальпию пара в конечном состоянии. На рисунке 1.9 показана схема паровой турбины

1-вал; 2-рабочие колеса; 3-направляющbt лопатки

Рис 1.26 - Многоступенчатая осевая турбина

Ротор турбины состоит из вала 1, на котором закреплены рабочие колеса 2 лопатками. Между лопаточными венцами рабочих колес расположены неподвижные направляющие лопатки 3. Пар на лопатки подается с помощью направляющего аппарата, в котором пар расширяется и приобретает большую скорость.

Затем рабочее тело, проходя по изогнутым рабочим лопаткам, изменяет направление движения и отдает часть своей кинетической энергии, которая идет на вращение рабочего колеса. Направляющий аппарат и рабочее колесо образуют ступень турбины.

В зависимости от условий работы и назначения различают следующие типы паровых турбин:

1) Конденсационная – в которых пар расширяется до глубокого вакуума ( кПа), создаваемого в конденсационном устрой

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: