Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Эксергетические диаграммы состояния рабочих тел




ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

 

В связи с тем, что в теплоэнергетических установках все термодинамические процессы происходят в потоке рабочих тел, определяющим их параметром (кроме термических - p, v, T) является энтальпия (h = u + pv). Эксергия таких рабочих тел (как и работа) определяется через их энтальпию и называется технической. В частности, работа как обратимого, так и необратимого адиабатных процессов определяется по формуле

lад = h1 - h2, (1.1)

где h1 и h2 - энтальпии рабочего тела в начальном и конечном состояниях.

Эксергия таких рабочих тел определяется по формуле

ex = h - h0 - T0(s - s0), (1.2)

где h0, s0 - энтальпия и энтропия рабочего тела при его термодинамическом равновесии с окружающей средой.

В тех случаях, когда рабочее тело обладает также кинетической энергией (), эксергия тела может также определяться по формуле (1.2), если под величиной h понимать энтальпию заторможенного потока

(1.3)

где h - истинное значение энтальпии тела в потоке.

Исходя из вышеприведенных положений, Д. Кинаном была предложена эксергетическая «b – s» диаграмма водяного пара, в которой функция b = h - T0 s им была названа «пригодностью». Эта диаграмма не получила широкого применения, поскольку она не имела преимуществ по сравнению с общепринятой h-s диаграммой. Дело в том, что для каждого значения T0 надо строить новую диаграмму, а h-s диаграммой можно пользоваться при любых значениях T0, необходимо только на стандартной h-s диаграмме (рис.1.1) провести прямую линию из начала координат под углом a, тангенс которого равен T0. Задача нанесения этой прямой облегчается тем, что она в области насыщенного пара совпадает с изобарой Pн = f(T0). При необходимости учета величины ex0 = h0 - T0 s0 ее нужно рассчитывать по таблицам водяного пара, поскольку h-s диаграмма обычно обрезается по линии x-y.

 
 

 


Deх=(h2-h1)-T0(s2-s1)

 
 
q=h2-h1  

 


Рис. 1.1. h – s диаграмма воды Рис. 1.2. π – h диаграмма воды

и водяного пара и водяного пара

 

Несколько иная эксергетическая p-h диаграмма водяного пара (рис.1.2) была предложена [1] одним из авторов настоящего пособия. Подобные диаграммы получили применение при эксергетическом анализе криогенных процессов. Здесь p представляет собой частную производную функции ex =h - T0 s при постоянном давлении

(1.4)

В этом случае площади под изобарами представляют собой приращение технической эксергии

Dex = h2 - h1 - T0(s2 - s1), (1.5)

т.е. максимальную работу подведенной в этом процессе теплоты q. В свою очередь q будет равна разности энтальпий

q = h2 - h1, (1.6)

откладываемой на оси абсцисс этой диаграммы (1-2). Таким образом, отрезок оси абсцисс 1-2 представляет величину подведенной теплоты в изобарном процессе 1-2 (например, в паровом котле). Соответственно этому площадь 1221 представляет приращение эксергии пара в этом котле, равное максимальной работе, которую может совершить этот пар за счет подведенной теплоты. Однако максимальную работу водяного пара более просто можно определять с помощью T-s диаграммы (рис.1.3). Так, если по изобаре P1 = Const водяному пару подвести теплоту q1 = h2 – h1, то она будет соответствовать площади 1122, площадь 1122, под изотермой T0 = Const - ее анергии (An = T0 Ds). При этом площадь 1122 составит приращение эксергии Dex, полученное водяным паром от теплоты q. Так же наглядно в T-s диаграмме изображается полная эксергия водяного пара для любой точки его состояния. Так, эксергия точки 1 будет равна площади треугольника 011, а точки 2 - площади 022’. Вследствие таких замечательных свойств T-s диаграмма широко применяется при термодинамическом анализе эффективности циклов и их отдельных процессов не только водяного пара, но и любых других рабочих тел.

Рис. 1.3. T – s диаграмма воды и водяного пара

 

Широкое применение для графического изображения эксергии теплоты в любом теплообменном аппарате нашла так называемая «h-Q» диаграмма (рис.1.4), предложенная в начале 1950-х годов Зейпелем (фирма ВВС). Здесь по оси ординат откладывается КПД цикла Карно, а по оси абсцисс в виде отрезка теплота Q. Разбивая этот отрезок на большое число частей и определяя температуру тела на каждом участке подвода (или отвода) теплоты, строят кривую h=f(Q), площадь под которой (012) будет равна эксергии теплоты еxQ. Преимуществом этой диаграммы является наглядность зависимости эксергии теплоты от изменяющейся в процессе теплообмена температуры тела. Как видно из рис.1.4, если теплота подводится к телу по линии xb, полученная телом эксергия будет равна площади yxbc, большей, чем при изменении температуры по линии ax. Более того, если происходит теплообмен между двумя телами и более горячее тело (теплоотдатчик) меняет свою температуру по линии 123, а нагреваемое тело - по линии ab, то площадка 123ab между этими линиями будет представлять потерю эксергии от необратимости теплообмена.

Рис. 1.4. Определение потерь эксергии при теплообмене:

пл.123ав-потеря эксергии при одноступенчатом паровом нагреве воды; DEx1пот

и DEx2пот – потеря эксергии в 1-м и 2-м теплообменниках при двухступенчатом нагреве паром разного давления; пл.2’2y1’-экономия эксергии от двухступенчатого подогрева

 

Очень наглядна и зависимость потерь эксергии от разности температур между этими телами позволяющая выбирать наиболее выгодные направления движения греющего и нагреваемого тел (прямоток, противоток и т.п.). Из рис. 1.4 также видно, что при переходе от одноступенчатого

парового нагрева воды (от точки «a» до точки «b») к двухступенчатому (паром разных давлений) потери эксергии значительно уменьшатся.

В циклах теплоэнергетических установок внешняя необратимость процессов, вызывающая потери эксергии теплоты, имеет место во всех процессах теплообмена (в паровом котле и его элементах, конденсаторе, регенеративных и сетевых подогревателях и т.д.). Эти потери эксергии, зависящие от разности температур между греющим и нагреваемым телами, равны нулю, поскольку теплота не может переходить от одного тела к другому без разности температур между ними.

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-07-02; Просмотров: 623; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.011 сек.