КПД цикла Ренкина и степень сухости пара

    Представим  теперь абсорбционный чиллер, обслуживающий систему кондиционирования воздуха с такими же потребностями в паре. Во время работы в режиме неполной нагрузки та же самая газовая турбина вырабатывает электроэнергию неэффективным образом (обычно). В такой системе отходящая теплота используется не полностью, если только на месте нет какого-либо другого потребителя этой теплоты. Таким образом, если система работает в режиме неполной нагрузки длительное время, ее экономические показатели невысоки.

    Проектировщик системы совместного производства теплоты и электроэнергии должен решать непростые задачи обеспечения оптимального соотношения тепловой и электрической мощностей, учитывая также дневные и сезонные изменения этого соотношения. Далее рассматриваются типичные методы балансировки соотношения выработки теплоты и электроэнергии. 

44. Что характеризует  критерий Нуссельта

Число Нуссельта (Nu) — один из основных критериев подобия тепловых процессов, характеризующий соотношение между интенсивностью теплообмена за счёт конвекции и интенсивностью теплообмена за счёт теплопроводности (в условиях неподвижной среды). Названо в честь немецкого инженера Вильгельма Нуссельта.

^[1]

где:

• l — характерный размер;
• λ — коэффициент теплопроводности среды;
• a — коэффициент теплоотдачи;
• q_c — тепловой поток за счёт конвекции;
• q_λ — тепловой поток за счёт теплопроводности.

    Число Нуссельта всегда больше или равно 1. То есть тепловой поток за счёт конвекции всегда превышает по своей величине тепловой поток за счёт теплопроводности.

    Обычно  для ламинарных течений число Нуссельта находится в диапазоне от 1 до 20. Большие числа Нуссельта (>100) свидетельствуют о сильном конвективном тепловом потоке, что является характеристикой турбулентных течений.

    Для течений жидкости в каналах можно  показать, что для установившегося ламинарного течения Nu = 4,36 (при условии, что тепловой поток в стенку постоянен) и Nu = 3,66 (при условии, что постоянна температура стенки) 

78. Что такое условное  топливо

Расход топлива  на парогенератор данной производительности зависит от его теплоты сгорания, которая для различных топлив изменяется в больших пределах. Для сравнения по энергетической ценности и эффективности использования различных сортов топлив введено понятие об условном топливе, которому присваивается теплота сгорания, равная Q_ycл =29,33 МДж/кг (7000 ккал/кг).  

90. В каком диапазоне  расходов и давлений  используются поршневые  компрессоры

Одноступенчатый поршневой компрессор. На рис.1,а показана принципиальная схема одноступенчатого поршневого компрессора. Коленчатый вал компрессора приводится во вращение от электродвигателя или от поршневого двигателя внутреннего сгорания. При движении поршня от ВМТ к НМТ в цилиндр с охлаждаемой рубашкой через автоматически открывающийся клапан А из окружающей среды всасывается газ. Нагнетательный клапан В закрыт под действием давления газов в резервуаре, которое больше атмосферного. При обратном движении поршня от НМТ к ВМТ газ начинает сжиматься, давление его увеличивается, и всасывающий клапан закрывается. Процесс сжатия продолжается до тех пор, пока давление в цилиндре не станет равным (практически несколько больше) давлению в резервуаре. Тогда клапан В открывается, и начинается процесс нагнетания сжатого газа в резервуар до тех пор, пока поршень не придет в ВМТ.  
 
Рассмотрим рабочий процесс в рV - координатах для идеального одноступенчатого компрессора (идеального в том смысле, что в нем не учитываются потери на трение, а утечки газа и объем вредного пространства (объем между крышкой цилиндра и днищем поршня при его положении его в ВМТ) принимаются равными нулю, т. е. на рис.17.1,б положение ВМТ будет совпадать с осью ординат). Обозначим: V_h - рабочий (полезный) объем цилиндра; P₁ — давление окружающей среды; P₂ - давление газа в резервуаре; процессы: D - 1 - всасывание; 1-2 - сжатие; 2-C - нагнетание. 
 
С началом нового хода поршня снова открывается всасывающий клапан, давление в цилиндре падает от Р₂ до Р₁ теоретически мгновенно, т. е. по вертикали С-D, и рабочий процесс повторяется, завершаясь, таким образом, за два последовательных хода поршня. Следовательно, компрессор представляет собой двухтактную машину. Площадь теоретической индикаторной диаграммы D-1-2-C, которая графически изображает круговой процесс, измеряет работу, расходуемую компрессором за один оборот его вала. Нужно иметь в виду условность названия кругового процесса (цикла) компрессора, так как всасывание и нагнетание не являются термодинамическими процессами, поскольку они происходят при переменном количестве газа. В этом состоит отличие индикаторной диаграммы от pх-диаграммы, которая строится для постоянного количества рабочего тела. В индикаторной диаграмме D-1-2-C сжатие газа 1-2 - термодинамический процесс, ибо в нем участвует постоянное количество газа. Очевидно, что при одном и том же конечном давлении P₂ конечный объем х₂будет различен в зависимости от характера кривой процесса сжатия 1-2, а значит, будет различна и работа, затрачиваемая на привод компрессора. 
 
Как следует из рис. 17.1б, наиболее выгодным процессом сжатия по затрате работ извне для привода компрессора является изотермический процесс 1-2'. В этом случае соблюдаются также идеальные условия для сохранения качества смазочных масел (вязкость, температура вспышки и др.). Однако изотермическое сжатие газа в компрессоре практически неосуществимо, и кривая сжатия обычно располагается между изотермой и адиабатой и может быть принята за политропу с показателем n = 1,2—1,25. Чем интенсивнее будет охлаждение газа при сжатии (чаще всего водой, проходящей через рубашку компрессора), тем больше будет политропа сжатия 1-2 отклоняться от адиабаты 1-2" в сторону изотермы 1-2'. С уменьшением теплообмена показатель n увеличивается. Очевидно также, что с увеличением n при одном и том же отношении P₂/P₁ конечная температура сжатого газа Т₂ будет возрастать по закону:Tⁿ₁P^1-n₁ = Tⁿ₂P^1-n₂  
 
или T₂ = T₁(P₂/P₁)^(n-1)/n . (17.1)

Например, при P₁ = 0,1 МПа, t₁ = 16°С и конечной температуре t₂ = 160°С при адиабатном сжатии давление воздуха можно увеличить в 4 раза, а при политропном (n = 1,2) в 10 раз. То есть конечная температура сжатия Т₂ зависит от характера процесса сжатия. Наиболее невыгодным процессом является адиабатное сжатие.  
 
Абсолютное значение работы, затрачиваемой на сжатие 1 кг газа в одноступенчатом идеальном компрессоре (А₀) может быть подсчитано так:

А₀ = А_сж + А_нагн - А_всас = ò Рdv + Р₂ v₂ - Р₁ v₁ . (17.2)

По смыслу работы А₀, А_сж, А_нагн являются отрицательными, а работа процесса всасывания А_всас - положительной, так как на ее совершение энергия не затрачивается (трение отсутствует), и сопротивление воздуха, находящегося справа под поршнем при ходе всасывания, не учитывается, ибо не принимается также во внимание положительная работа этого воздуха при сжатии и нагнетании.  
 
В зависимости от характера процесса сжатия ò Рdv имеет значения: 
 
для изотермического процесса:

 
А^т = Р₁ v₁ln(Р₁/Р₂);

для адиабатного  процесса:

А^ад = 1/(b – 1)(P₁ v₁ – Р₂ v₂);

для политропного процесса:

А^пол = 1/(n – 1)(Р₁ v₁ – Р₂ v₂).

Чтобы не иметь дело с отрицательными величинами при подсчете работы сжатия, их умножают на -1. Это дает:

А^т = Р₁ v₁ln(Р₂/Р₁); А^ад = 1/(b – 1)(P₂ v₂ – Р₁ v₁);

А^пол = 1/(n – 1)(Р₂ v₂ – Р₁v₁).

Тогда теоретическая работа компрессора  затрачиваемая на сжатие 1 кг газа, при изотермическом процессе сжатия выразится равенством:

А^т₀ = Р₁ v₁ln(Р₂/Р₁); (17.3)

при адиабатическом процессе сжатия:

А^ад₀ = b/(b – 1)P₁ v₁[(Р₂/Р₁) ^{(b - 1)/b} – 1]; (17.4)

при политропном процессе сжатия:

А^пол₀ = n/(n – 1)Р₁ v₁[(Р₂/Р₁) ^{(n - 1)/n} – 1]; (17.5)

При уменьшении производительности компрессора с  увеличением давления сжатого воздуха и ухудшении при этом условий смазки из-за повышения температуры Т₂ одноступенчатый компрессор становится непригодным для получения сжатого газа высокого давления. Обычно одноступенчатые компрессоры применяют для получения сжатого газа давлением не выше 0,8—1 МПа. При необходимости иметь сжатый газ более высокого давления используют многоступенчатые компрессоры.

Министерство  образования и  науки Республики Казахстан 

Казахский университет технологии и бизнеса 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ТЕПЛОТЕХНИКА» 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                               Выполнила студентка  группы 

                                                                               ТППРОД 2гСПО Абрамова

                                                                               Проверил Нурсеитов   Ш.Ш. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

АСТАНА 2011 г. 

Вариант № 60 

14. От каких параметров  и как зависит  цикл Ренкина

Основным  циклом в паротурбинной установке  является цикл Ренкина. 
 
Принципиальная схема ПТУ показана на рис.7.1 и процесс получения работы происходит в следующим образом. В паровом котле (1) и в перегревателе (2) теплота горения топлива передается воде. Полученный пар поступает в турбину (3), где происходит преобразование теплоты в механическую работу, а затем в электрическую энергию в электрогенераторе (4). Отработанный пар поступает в конденсатор (5), где отдает теплоту охлаждающей воде. Полученный конденсат насосом (6) отправляется в питательный бак (7), откуда питательным насосом (8) сжимается до давления, равного в котле, и подается через подогреватель (10) в паровой котел (1).

 
 
Рассмотрим цикл Ренкина на насыщенном паре. Схема установки отличается от предыдущей схемы тем, что в данном случае будет отсутствовать перегреватель. Поэтому на турбину будет поступать насыщенный пар. На рис.7.2,а изображен цикл Ренкина в TS-диаграмме. 
 
Процессы:  
 
3-1 – подвод теплоты от источника в воде q₁, состоит из двух процессов: 3-3^/ - кипение воды в котле; 
 
3^/-1 – испарение воды в пар при постоянном давлении; 
 
1-2 – в турбине пар расширяется адиабатически; 
 
2-2^/ - пар конденсируется и отдает тепло q₂ охлаждающей воде; 
 
2^/-3 – конденсат адиабатически сжимается.