Процессы водяного пара на is-диаграмме

Как уже отмечалось, пар как реальный газ не подчиняется простым закономерностям идеальных газов, поэтому расчеты процессов с водяным паром проводятся с помощью таблиц или графически с помощью диаграмм.

Наиболее удобно оценивать характер изменения параметров разных процессов по is-диаграмме. Основные термодинамические процессы водяного пара (v=const, p=const, t=const) представлены на is -диаграмме соответствующими кривыми. Адиабатный процесс (s =const) изображается прямой, параллельной оси ординат. Следует обратить особое внимание на разные закономерности изменения параметров состояния пара в термодинамических процессах в зависимости от состояния пара (насыщенный или перегретый). Так, в изотермическом процессе в области насыщенного пара энтальпия изменяется значительно, а в области перегретого пара, особенно вдали от линии х =1, процесс t =const приближается к i =const. Это свидетельствует о том, что свойства перегретого пара в этих областях приближаются к свойствам идеального газа.

Вопрос 25

Цикл Ренкина — термодинамический цикл преобразования тепла в работу с помощью водяного пара.

Цикл Ренкина состоит из следующих процессов:

· изобара линия 4-5-6-1. Происходит нагрев и испарение воды, а затем перегрев пара. В процессе затрачивается теплота .

· адиабата линия 1-2. Процесс расширения пара в турбине, то есть её вращение паром ().

· изобара линия 2-3 Конденсация отработанного пара с отводом теплоты охлаждающей водой.

· адиабата линия 3-4. Сжатие сконденсировавшейся воды до первоначального давления в парогенераторе с затратой работы

Влияние начальных и конечных параметров пара на КПД цикла Ренкина

Исследование термического к, п. д. цикла Ренкина при различных начальных и конечных состояниях пара позволяет сделать вывод, что с увеличением начального давления и начальной температуры пара и понижением конечного давления в конденсаторе КПД паротурбинной установки растет. Выясним влияние этих параметров на величину к.п.д цикла Ренкина.

Влияние начального давления пара. При увеличении начального давления пара и одном и том же конечном давлении в конденсаторе термический к.п.д паротурбинной установки значительно увеличится, а удельный расход пара уменьшится.

Увеличение начального давления с р1 по р1´ связано с повышением температуры насыщенного пара, т.е. с повышением средней температуры подвода теплоты, что ясно видно из TS-диаграммы(рис.а). Возрастание средней температуры подвода теплоты и отвода теплоты

В конденсаторе при р = const приводит к увеличению к.п.д. цикла. Следовательно, не начальное давление является причиной увеличения к.п.д. паросиловой установки а увеличение средней температуры подвода теплоты. Из is-диаграммы (Рис,.б) так же можно установить, что с увеличением начального давления пара увеличивается адиабатное теплопадение h1, но повышается конечная влажность пара и капли воды разрушают лопатки последних ступеней турбины. Конечная влажность пара свыше 13-14% не допускается. Значительное увеличение к.п.д. с ростом начального давления пара имеет существенное в повышении экономичности работы паротурбинных установок. В настоящее время осваиваются давления до 300 бар.

Влияние начальной температуры пара. При повышении начальной температуры пара происходит увеличение к.п.д. паротурбинного цикла, так как увеличивается среднеинтегральная температура подвода теплоты и при этом растет адиабатное теплопадение h.

Увеличение к.п.д. цикла будет значительным, если с увеличением температуры будет возрастать и начальное давление пара. Одновременно с увеличением начальной температуры уменьшается удельный расход пара. В настоящее время используют пар с температурой до 565ºС и осваивается пар с температурой до 600ºС и выше. Повышение температуры перегрева пара ограничивается способностью металла, из которого сделаны трубы, выдерживать большие давления при высоких температурах, т. е. конечные параметры пара определяются наличием относительно дешевых жаропрочных металлов.

Влияние конечного давления в конденсаторе. Понижение давления в конденсаторе является особенно эффективным средством для повышения к.п.д. паротурбинной установки. Из is-диаграммы

Видно, что понижение понижение давления в конденсаторе значительно уменьшает срединтергарльную температуру отвода теплоты и увеличивает адиабатное теплопадение h, а следовательно и к. п.д. цикла. Однако выбор конечного давления в конденсаторе определяется температурой охлаждения воды, так как для интенсивного теплообмена разность температур между паром и охлаждающей водой должно быть 10-15ºС.

Вопрос26

Температурное поле есть совокупность значений температуры во всех точках данной расчетной области и во времени.

Температурное поле измеряют в градусах Цельсия и Кельвинах и обозначают также как и в ТТД:

,

где х_i – координаты точки в пространстве, в которой находят температуру, в метрах [м]; τ – время процесса теплообмена в секундах, [с]. Т. о. температурное поле характеризуется количеством координат и своим поведением во времени.

В тепловых расчетах используют следующие системы координат:

х_i = х₁, х₂, х₃ – произвольная ортогональная система координат;

х_i = x, y, z – декартовая система координат;

х_i = r, φ, z – цилиндрическая система координат;

х_i = r, φ, ψ – сферическая система координат.

В зависимости от числа координат различают трехмерное, двумерное, одномерное и нульмерное (однородное) температурные поля.

Температурное поле, которое изменяется во времени, называют нестационарным температурным полем. И наоборот, температурное поле, которое не изменяется во времени, называют стационарным температурным полем.

Примеры записи температурных полей:

T (x, y, z, τ) – трехмерное нестационарное температурное поле;

T(τ) – нульмерное нестационарное температурное поле;

T(x) – стационарное одномерное температурное поле;

T = const – нульмерное стационарное температурное поле – частный случай температурного поля, характеризующего термодинамическое равновесие системы.

Изотермическая поверхность – поверхность равных температур.

Свойства изотермических поверхностей:

а) изотермические поверхности не пересекаются;

б) в нестационарных процессах изотермические поверхности перемещаются в пространстве.

Количество теплоты – количество тепловой энергии, полученное или отданное телом (твердым, жидким или газообразным) или проходящее через это тело за некоторое время τ в результате теплообмена.

Обозначают количество теплоты и измеряют в джоулях [Дж] или калориях [кал]: 1 кал = 4,187 Дж, 1 Дж = 0,24 кал.

При этом для анализа процессов часто используют кратные джоулю и калории единицы измерения: 1 кДж = 10³ Дж; 1 МДж = 10⁶ Дж; 1 ГДж = 10⁹ Дж; 1 ТДж = = 10¹² Дж.

Тепловой поток (обозначают ) – количество теплоты, проходящее через заданную и нормальную к направлению распространения теплоты поверхность в единицу времени:

.

При стационарном режиме теплообмена тепловой поток не изменяется во времени и рассчитывается по формуле:

, Вт.

В старой системе единиц тепловой поток измеряется в : Вт.

В расчетах используют три вида удельных тепловых потоков:

а) поверхностную плотность теплового потока (обозначают: q, Вт/м²) – тепловой поток, отнесенный к площади поверхности тела;

б) линейную плотность теплового потока (обозначают: , Вт/м) – тепловой поток, отнесенный к длине протяженного тела;

в) объемную плотность теплового потока (обозначают: q_v, Вт/м³) – тепловой поток, отнесенный к объему тела.

Поверхностная плотность теплового потока – количество теплоты, проходящее через заданную и нормальную к направлению распространению теплоты единичную площадку в единицу времени.

, Вт/м²,

где – единичный вектор; τ – время, с; F – площадь, м².

В стационарном режиме теплообмена и при одинаковых условиях теплообмена на всей поверхности тела:

.

Линейная плотность теплового потока – тепловой поток, проходящий через боковую поверхность единичной длины некоего протяженного тела, произвольного, но постоянного по длине поперечного сечения. В стационарном режиме теплообмена и при одинаковых условиях теплообмена на всей поверхности тела:

, откуда следует, что

где τ – время, с; – длина протяженного объекта, м.

Поверхностная плотность теплового потока и линейная плотность теплового потока связаны между собой следующим соотношением:

или ,

где П – периметр протяженного тела произвольного, но постоянного поперечного сечения.

Вопрос 27 http://physicalsystems.org/index07.06.1.html

Дата добавления: 2015-05-26