Теплосиловые установки

Дросселирование.

При встрече потока с сужением (вентиль, капилляр, мембрана с малым отверстием на оси и т.п.) потери на трение максимальны. Работа трения переходит в теплоту и вся эта теплота остается в потоке. Поэтому такой процесс (его называют дросселированием или мятием) имеет инвариант h = const. Наверное, понятно из рис. 5.14 (см. процесс 1 – 4 (пунктир)), что при дросселировании давление уменьшается (dp < 0), удельный объем вещества в потоке соответственно растет (dv > 0), энтропия обязательно увеличивается (ds > 0). А вот об изменении температуры потока поговорим в лекции 7.

Пример 4. Пар движется по конфузору в условиях примера 3, но с трением при известном коэффициенте скорости φ = 0,93. Найти реальную скорость пара на выходе из конфузора.

Решение. Потери энтальпии на трение рассчитываются по формуле (5.18):

Δ_трения = (h₁ – h_k)(1 – φ²) = (3128 – 2944)(1 – 0,93²) = 25 кДж/кг.

Величина энтальпии пара на выходе из конфузора (точка 3 на рис. 5.14) равна:

h_трения = h_k + Δ_трения = 2944 + 25 = 2969 кДж/кг.

Реальная скорость истечения пара из конфузора:

w₃ = [2(3128 – 2969)10³]^1/2 = 564 м/с (а было w₂ = 607 м/с).

Ответ: скорость истечения пара из конфузора w₃ = 564 м/с.

Пример 5. В цехе химического завода со взрывоопасными условиями работы приводом для компрессора является паровая турбина с питанием перегретым паром с давлением р = 5 бар, а заводская котельная производит пар с давлением 15 бар и температурой 240⁰С. Как трансформировать котельный пар и сделать его пригодным для паровой турбины?

Решение. Один из способов трансформации (не единственный) – подвергнуть пар из котельной мятию (дросселированию) (см. рис. 5.14, процесс 1 – 4).

По диаграмме h – s для водяного пара находим параметры состояния в точке 1. Сама точка 1 находится на пересечении изобары р₁ = 15 бар и изотермы Т₁ = 240⁰С. Считываем с диаграммы для точки 1 величину энтальпии h₁ = 2898 кДж/кг.

Точка 4 (см. рис. 5.14) находится на пересечении линии h = const = 2898 кДж/кг и изобары р₂ = 5 бар. Опять с диаграммы считываем величину температуры Т₂ = 225⁰С.

Ответ: можно применить процесс дросселирования до давления р₂ = 5 бар. Получится перегретый пар, пригодный для питания турбины.

Замечание. Конечно, такое решение проблемы обрадует заводчан своей простотой и отсутствием специальной обслуги «трансформации» пара. Но решение очень не экономичное: из хорошего и дорогого пара сделали пар с большой энтропией, себестоимость целевого продукта химического завода такое решение только увеличит.

Назначение: превращение теплоты в работу.

Термодинамика не запрещает такое превращение, так как согласно первому закону термодинамики

du = dq – dw → dw = dq – du. (6.1)

Следовательно, получать работу dw > 0 можно или/и подводом теплоты dq > 0 или/и уменьшением внутренней энергии du < 0.

В химической технологии и энергетике теплосиловые установки применяются как источники энергии для компрессоров, вакуум-насосов, вентиляторов и газодувок, насосов для перемещения жидкостей, для приведения в действие дробилок и других измельчителей. В энергетике теплосиловые установки используют для производства электроэнергии и теплоты для обогрева.

Дата добавления: 2014-01-04