Термодинамика и гидродинамика: законы, уравнения, расчеты

1. Уравнение первого закона термодинамики для
стационарного потока
В дифференциальной форме имеет вид:
(подведенная теплота идет на изменение энтальпии, кинетической энергии и
потенциальной, а также совершение технической работы (если в канале есть
техническое устройство: компрессора, насосы)
Адиабатное течение газа и несжимаемой жидкости.
2. Уравнение неразрывности потока.
То есть в каждом сечении в любой момент времени параметры не меняются, но при
этом при переходе от сечения к сечению они меняются
Однородный – значит нет разрывов массы, нет разрывов на фазы вещества (твердая,
жидкая и газ)
3. Вывод зависимости скорости звука от
термодинамических параметров.
Скорость звука определение: скорость распространения в среде малых возмущений
(т.е амплитуда колебания которых мала по сравнению с общим давлением)
!!звуковая волна не переносит тепло!! Поэтому S = const
-- уравнение скорости звука в зависимости от
термодинамических параметров
Уравнение Лапласа
4. Скорость и расход газа в суживающихся соплах
Для идеального газа поток адиабатный
Вычисление расхода
Выражение 5 для расхода через изменение термических параметров
5. Кризис течения в суживающемся сопле. Вывод
зависимости критического давления
адиабаты k.
Полный аналог выражения (5)
от показателя
Выражение 7
Молекулярно-кинетическая теория для расчета бета критическое
6. Доказательство равенства
для
суживающегося сопла на звуковом режиме.
Выходная скорость равна скорости звука на критическом режиме. Дальше в канале
имеется вентиль (им регулируется давление среды Pср)
Уменьшаем Рср , скорость возмущения в потоке идёт со скоростью звука в обе
стороны от вентиля
Скорость потока стала равна скорости звука, значит относительная скорость
перемещения возмущения в сторону сопла сечения 2 равна нулю (возмущения не
доходят до среза сопла (P2=Pкр=бетта кр * Ро)
На суживающем сопле нельзя получить скорость потока, выше скорости звука (кризис
течения)
7. Сравнение скорости звука в газовых и жидких средах.
Т.1 – область жидкости
В области влажного пара горизонтальная прямая, где каждому давлению
соответствует температура насыщения.
В области перегретого пара (т.3) ход изотермы похож на ход изотермы идеального
газа, а с точки зрения математики это гипербола.
В т.1 и т.3 устойчивое состояние вещества.
В точках 2, 2̍, 2̎ состояние неустойчивое (частная производная от давления по объему
равна нулю)
Любое воздействие приводит к перемещению точки 2 либо влево, либо вправо.
В силу того, что угол в области жидкости приближается к 90 градусам, имеем:
a ̎ - скорость звука на правой пограничной кривой (кривой конденсации) вплоть до
критической точки.
Сначала с ростом давления при неизменной температуре скорость звука убывает.
Изотерма T1 выходит на пограничную кривую, но для изотерм больше критической,
сначала скорость звука убывает, а потом возрастает.
На правой диаграмме:
a ̍ - значение скорости звука на кривой кипения до критической точки.
Изотерма T1 сначала идет в области газа, а потом попадает во влажный пар. Во
влажном паре скорость звука не рассчитывают, она одна там. Далее она выходит в
область жидкости, где с ростом давления жидкость становится более плотной и
скорость звука возрастает, но темп этого роста замедляется.
8. Переход на сверхзвуковые режимы в комбинированном
сопле. Уравнение неразрывности в дифференциальной
форме.
Индекс х означает координату любого сечения по оси х.
Обязательно при изображении процесса рисуют 3 изобары: Р0, Ркр, Р2.
Если процесс без трения (без потерь кинетической энергии), значит S=const.
9. Уравнение неразрывности в дифференциальной форме.
Анализ зависимости выходной скорости потока для
диффузоров и сопел от скорости набегающего потока.
Уравнение неразрывности в диф. форме:
Анализ зависимости выходной скорости потока для диффузоров и сопел от скорости
набегающего потока:
10,11,12 Влажный воздух. Основные определения.
Основное
отличие может выпадать влага, роса
Когда парциальное давление пара достигло давления насыщения
влажный воздух будет насыщенным
Точка 1 - Атмосферное давление (барометрическое ) Т1 комнатная
температура
Точка 1” Точка росы - Давление барометрическое, температуру понизили
Состояние, при котором давление пара в процессе охлаждения
становится равным насыщенному давлению называется точкой росы
Удельный объем водяного пара во влажного воздуха
Калорические свойства влажного воздуха
Общая масса влажного воздуха складывается из масс сухого воздуха
пара и жидкости ( твердого при минусе).
Энтальпию принято рассчитывать на массу сухого воздуха поэтому
конечную делим на mсух.воз
не знаю насколько это пригодится, пусть будет
в итоге энтальпии равны ( не забывать про размерности)
h-d диаграмма
Выше линии φ=¿100% - ненасыщенный воздух, ниже насыщенный.
Энтальпия h идет под 135 ( под таким же углом повернута диаграмма
для удобства).При нулевом влагосодержании энтальпия и температура
совпвдает. С увеличением влажности изотермы ( t=const) идут как он
подчеркнул
Пример
t воздуха= 30 ( t= const на предыдущем графике) t мокрого 20
( показывает психрометр)
точка пересечения можем определить φ , d и h, также можем найти
парциальное давление проводим до линии пересечения с парциальным
давление и проаодим прямую под 90 градусов на правую границу
диаграммы, значение полученное с диаграммы умножаем на 133.3 и на
10^-3 и получаем значение в кПа
Определение температуры точки росы- от точки пересечения с φ 100%
проводим прямую к t=const это и будет температура выпадения росы
вроде достаточно понятно отметила как что находить на примере
и для разных температур и
график
φ думаю разберетесь не хочу загромождать
13. Влажный воздух. Основные определения. Процесс
термической осушки влажного воздуха. Параметры воздуха
до осушки и после: t1=30 градусов и фи1 =60%; t2=20
градусов и фи2 =5%. Определение по h-d диаграмме
количество удаленной влаги.
Лекция 3. 02.03.2022 С 13:45
Влажный воздух. Основные определения – основы, страница 1-4, больше
относятся к билетам 10-12.
Влажный воздух будем считать идеальным газом, но есть отличие от таких
газов – выпадает влага, роса (конденсат). Состав воздуха будем считать
неизменным, справочным, но количество водяного пара может существенно
меняться.
На графике: в точке 1 давление барометрическое, температура – комнатная.
Представим, что отключили отопление, температура стала понижаться,
давление не меняется. Рано или поздно, мы дойдем до точки 1 ,,, давление пара
стало равным давлению насыщения, появится роса (капли влаги), воздух станет
насыщенным, а точка 1,, - точка росы.
Абсолютное влагосодержание – плотность водяных паров в граммах на метр
кубический сухого воздуха.
Индекс п везде означает водяной пар.
Твердая фаза появляется, когда температура опускается ниже нуля и
образуются кристалики льда, снежинки.
При нулевом влагосодержании температура и энтальпия совпадают.
и
С увеличением влажности от 0 и выше, изотермы поднимаются. В целях
экономии бумаги ось d подвинули в декартову систему координат, так
получилась стандартная диаграмма.
Диаграмма ниже построена для барометрического давление в 745 мм рт ст.
Линия фи разделяет диаграмму на две части: сверху – ненасыщенный воздух,
снизу - насыщенный.
Решим задачу: температура воздуха 30 градусов, температура мокрого
термометра 20 градусов (ее показывает психрометр: смачиваем термопару,
температура в психрометре снижается и минимальное значение берем для
расчетов. Или закручиваем вентилятор, он обдувает градусник с влажным
материалом, температура понижалась, достигала минимума и мы брали её как
температуру мокрого термометра), определить влагосодержание,
относительную влажность, энтальпию.
Сначала эту точку нанесем на диаграмму, 30 градусов – линия поднимается
вверх по диагонали, 20 градусов – линия пунктиром опускается по диагонали,
место их пересечения – состояние из условия задачи (точка 1).
Нашли координату точки, проводим вниз прямую до пересечения с осью
абсцисс, находим влагосодержание (точка 2). d=10,5.
Теперь проводим прямую вверх по диагонали до оси ординат, находим
энтальпию (точка 3). h=57.
Можем найти фи также (пунктир 4). Фи=43 процента.
Можем посчитать и парциальное давление пара (Рп). Для этого дойдем до
линии «парциальное давление водяного пара» и повернем на 90 градусов
вправо, значение в точке 5. Рп=13 мм рт ст. Умножим на 133,3 и 10 -3 и получим
кПа.
Определим температуру точки росы Ts. Доходим до линии фи=100% при
d=const и смотрим, какая сюда врезается изотерма. Ts=16 градусов (точка 6).
Процесс термической осушки влажного воздуха.
Осушение воздуха – процесс снижения его влагосодержания.
Осушка воздуха – процесс, идущий влево (при этом не важно, вверх или вниз, важно, что
конечная точка будет левее начальной), а относительную влажность можно снизить даже путем
добавления воды, если воздух при этом нагревать.
Итак, наша цель – выделить из воздуха влагу. Сразу скажем, что выделить влагу гораздо
сложнее, чем испарить её. Испаряется она сама собой, пока дело не дойдет до состояния
насыщения. А вот расставаться с воздухом вода не любит.
Параметры воздуха до осушки и после: t1=30 градусов и фи1 =60%; t2=20 градусов и фи2 =5%.
Определение по h-d диаграмме количество удаленной влаги.
1. Проводим изотерму при температуре воздуха 30 градусов (вверх по диагонали) до
пересечения с кривой фи=60%. Из получившейся точки 1 вниз проводим линию, выясняем,
что влагосодержание d1=15 кг воды/кг сухого воздуха.
2. Проводим изотерму при температуре воздуха 20 градусов (вверх по диагонали) до
пересечения с кривой фи=5%. Из получившейся точки 2 вниз проводим линию, выясняем, что
влагосодержание d2=1 кг воды/кг сухого воздуха.
3. Количество удаленной влаги будет равно разности: d1- d2=15-1=14 кг воды/кг сухого воздуха.
14. Влажный воздух. Основные определения. Процесс сушки
влажного материала нагретым воздухом на h,d- диаграмме
влажного воздуха.
Лекция 3. 02.03.2022 С 13:45 – Основы, есть в билете 13, страница 1-4,
максимально подробная информация по диаграмме – страница 5-6.
15. Влажный воздух. Основные определения. Вычисление
энтальпии влажного воздуха. h-d диаграмма.
Лекция 3. 02.03.2022 С 13:45 – Основы, есть в билете 13, страница 1-4,
максимально подробная информация по диаграмме – страница 5-6.
Лекция 3. 02.03.2022 С 41:20 – Новая инфа.
При нулевом влагосодержании температура и энтальпия совпадают.
и
С увеличением влажности от 0 и выше, изотермы поднимаются. В целях
экономии бумаги ось d подвинули в декартову систему координат, так
получилась стандартная диаграмма.
Диаграмма ниже построена для барометрического давление в 745 мм рт ст.
Линия фи разделяет диаграмму на две части: сверху – ненасыщенный воздух,
снизу - насыщенный.
Решим задачу: температура воздуха 30 градусов, температура мокрого
термометра 20 градусов, определить энтальпию.
Сначала эту точку нанесем на диаграмму, 30 градусов – линия поднимается
вверх по диагонали, 20 градусов – линия пунктиром опускается по диагонали,
место их пересечения – состояние из условия задачи (точка 1).
Нашли координату точки, проводим прямую вверх по диагонали до оси ординат,
находим энтальпию (точка 3). h=57.
16. Основные термодинамические характеристики ПТУ.
Влияние P, T – параметров прямого обратимого цикла
Ренкина на его КПД.
Билет №16 (лекция 4, 09.03.2022)
Основные термодинамические характеристики ПТУ. Влияние P,T-параметров прямого
обратимого цикла Ренкина на его КПД.
Основные аппараты ПТУ:
Парогенератор-к рабочему телу подводиться теплота при сжигания топлива q1,
перегретый пар высоких параметров поступает на вход турбины ( голова турбины) т.1
.Энергия пара срабатывает в турбине, происходит процесс расширения (адиабатный
процесс).
Конденсатор ( по часовой стрелки после турбины)-отводит теплоту в окружающую
среду .Процесс 2-2`.
Чтобы получить низкий параметр из турбины, нужно пар конденсировать при низких
давлениях и температуры. Конденсат с параметрами точки 2` податься сначала
конденсатами , потом насосами в парогенератор -схема замкнулась. Этот цикл , при
перегретом паре, называют циклом Ренкина.
17. Влияние P, T – параметров действительного цикла ПТУ
на его КПД. Внутренние относительные КПД турбин и
насосов. Внутренний и относительный КПД цикла.
Билет № 17( Лекция №4, 09.03.2022)
Влияние P, T- параметров действительного цикла ПТУ на его КПД. Внутренние относительные КПД
турбин и насосов. Внутренний и относительный КПД цикла.
Фотографии ниже из папки яндекс диска (тоже самое) :
18. Абсолютный эффективный КПД ПТУ. Диаграмма
тепловых потоков в ПТУ.
Билет № 18( Лекция № 5, 16.03.2022)
Абсолютный эффективный КПД ПТУ. Диаграмма тепловых потоков в ПТУ.
Теплота топлива, которая поступила в котлоагрегат и сгорела, выделила количество теплоты (100%).
С соответствием 2 законом термодинамике, теоремами Карно, для того чтобы работала тепловая
машина надо иметь горячий источник и холодный источник с отводом теплоты в окружающую
среду. В ПТУ теплота в окружающую среду отводиться через конденсаторы , доля отводимой
теплоты определяется конфигурацией цикла , температурным уровнем, конденсацией влажного пара
ПТУ. Берем средний показатель 55% теплоты отводиться в окружавшую среду. Именно количеством
приводимой и отводимой теплоты определяет внутренний действительный КПД. Qк нужно для
циклической действующей машины (теорема Карно). Дальше потери дымовых газов -котлоагрегат и
тд потери паропровода, механические , генератора (чистые потери).Податься в сеть 33% энергии от
саженной.
19. Цикл и схема ПТУ с промежуточным перегревом пара.
Термический КПД, удельные расходы пара и теплоты.
Лекция 5 16.03.2022
19:42
Промежуточный перегрев пара увеличивает степень сухости.
Турбина разбивается на 2 части:
ЦВД – цилиндр высокого давления
ЦНД – цилиндр низкого давления
Турбины находятся на одном валу и на одном валу с генератором.
Г – генератор
КА – котлоагрегат
К-р - конденсатор
После цилиндра высокого давления точка «а», пар возвращается в
промежуточный пароперегреватель.
ПП – промежуточный пароперегреватель
23:28
Температура гидра факела, продуктов сгорания высокая около 2000
градусов. С точки зрения достижения высоких температур пара
нужно ставить дополнительный теплообменник, пароперегреватель.
Возвращайте поток пара в промежуточный пароперегрев и получите
достаточно высокие температуры. Пары такого потенциала
отправляются в ЦНД.
ЦНД на выходе турбины влажный пар. Давление, температура
определяется температурой циркуляционной воды, которая
проходит через конденсатор и зависит от природных атмосферных
условий.
В конденсаторе влажный пар полностью конденсируется это точка
2’. Этот конденсат, т.е. вода, называют питательной водой, т.к. она с
помощью насосов подаётся в котлоагрегат с высоким давлением,
которое обеспечивает величину давления перед турбиной.
В котлоагрегате вода сначала нагревается, потом кипит, затем пар
перегревается, попадает в ЦВД, срабатывает, т.е. его потенциал
падает, возвращается на промежуточный перегрев и работает уже
ЦНД.
Та часть котла, где вода нагревается, 3 часть называется
экономайзер. Дальше идёт парогенератор, затем
пароперегреватели.
26:54
Всё это видно на T-S диаграмме
На T-S диаграмме нарисовано 3 изобары.
P2 – давление в конденсаторах (ПАП или ППП, давление
промперегрева – давление на линии между цилиндрами низкого
давления, высокого давления и в пароперегреватели, в
промежуточном пароперегреватели. Это точки a и b).
Промежуточная изобара.
27:43
Р1 – изобара, давление перед турбиной.
Степень сухости увеличивется
Чтобы посчитать работу всей турбины нужно сложить работу ЦВД и
ЦНД.
(6) – термический КПД
hb – ha – изобара промежуточного перегрева
Вся теплота, затраченная на генерацию пар, на его промежуточный
перегрев, складывается по двум изобарам: по P1 это h1 – h3, по
изобаре промежуточного перегрева (hb – ha).
Вся теплота подведенная записывается в знаменатель, а работа
турбины минус работа насоса записывается в числителе. Это и есть
термический КПД.
На h – S диаграмме изображаем только правую часть цикла,
поскольку область жидкости на h – S диаграмме не рабочая часть.
Области влажного пара. Изобара прямая линия. При пересечении х =
1, изобара уходит более круто вверх с небольшой выпуклостью вниз
вправо.
Видны линии степени сухости довольно мелким шагом.
Удельный расход условного топлива, если Q р н условное = 29309
Кдж/кг
Промежуточный перегрев позволяет увеличить мощность
паротурбинной установки, кпд и снизить удельный расход топлива,
значит повысить экономичность установки.
20. Цикл ПТУ с промежуточным перегревом пара.
Определение оптимального давления промперегрева.
Из прошлого билета
Лекция 5 16.03.2022
44:31
Определение оптимального давления промперегрева.
Давление парперегрева при заданной энтропии s1 (T-s диаграмма)
определяется температурой Та. Идёт вопрос о том, что мы можем
точку «а» перемещать вверх, т.е. более высокая температура, более
высокое давление перегрева пара или перемещать вниз,
приближаясь к точке температуре Т2, т.е. будет давление падать и
мы предполагаем, что всё таки есть какое-то максимальное
значение КПД, при котором будет температура Та, которую назовём
оптимальной.
48:24
Т1 и Тb – фиксированные, а Ta – переменная
Площадь всего цикла у нас разделится на две области:
Левая до пунктирной линии она const. Изменение энтропии дельта
S13 - const
Правая от пунктирной линии площадь будет
увеличиваться/уменьшаться и мы будем определять оптимальные
значения. Изменение энтропии дельта Sba – переменная величина
50:18
q2 – числитель, площадь двух прямоугольников
h1 – h3 – вся теплота, подведённая в процессе 3-1. Const
hb- ha – теплота, проведённая промежуточным пароперегревателем.
Площадь под этим процессом. Величина переменная.
Это давление промежуточного перегрева пара является
оптимальным для цикла, в котором параметры Т1, р1 (параметры
пара перед ЦВД) и Тb ( перед ЦНД) заданы (зафиксированы).
Температура конденсации Т2 также зафиксирована.
21. Регенеративный цикл ПТУ. Схема с подогревателями
смешивающего типа. Термический КПД, удельные расходы
пара и теплоты.
22. Регенеративный цикл ПТУ. Схема с подогревателем
поверхностного типа. Термический КПД, удельные расходы
пара и тепла.
Регенеративные подогреватели бывают двух типов: поверхностного и смешанного
типа. В регенеративных подогревателях пар отдает свою тепловую энергию в процессе
конденсации.
Регенерация – это внутрицикловое перераспределение тепловых потоков (за счет
отборов пара из отсеков турбины, направленных на подогрев питательной воды)
Эти греющие отборы повышают температуру питательной воды, в следствии чего
уменьшается количество теплоты в котлоагрегате и увеличивают КПД всей ПТУ
Такие мероприятия являются «карнотизацией» базового цикла (приближение к циклу
Карно)
Поверхностного типа потому что теплообменник в этом случае имеет поверхность
раздела между двумя потоками: греющим (отбор пара из точки 01 с параметрами h01,
p01 и T01) и нагреваемым
α – доля отобранного пара.
Δtн – разница между Т01 и Т4 называется недогревом
«На поверхности трубок греющий отбор конденсируется и сбрасывается из
последнего подогревателя в конденсатор. Подогреватель рассчитывается так что α1
полностью конденсируется таким образом что параметры этого конденсата
соответствуют параметрам точки 01’. Температура питательной воды, которая идет в
котлоагрегат соответствует точке 4. Параметры точки 01 определяются давлением
отбора.»
где D – расход
---- уравнение теплового баланса
Схема ПТУ с 2 регенеративными подогревателями:
23. Зависимость термического КПД цикла от температуры
питательной воды и числа регенеративных подогревателей.
 При повышении температуры питательной воды, начинает уменьшается
количество теплоты в котлоагрегате и увеличивается КПД всей ПТУ
 При увеличении числа подогревателей, термический КПД цикла растет (растет
температура питательной воды и среднеинтегральная температура подвода
тепла) С ростом числа подогревателей рост КПД замедляется!!
24. Теплофикационный цикл ПТУ с противодавлением.
Отопительный коэффициент и удельная выработка
электроэнергии на тепловом потреблени??????????
НЕТ В ЛЕКЦИЯХ И НА ПРАКТИКЕ ТОЖЕ НЕ БЫЛО((((
25.Теплофикационный цикл с отборами пара.
Относительный коэффициент и удельная выработка
электроэнергии на тепловом потреблении (лекция 8 на
осэпе)
Коэффициент отопления
26. Методы разнесение затрат на выработку электрической
и тепловой энергии экзегетическим методом и методом
недовыработки
27. Схема и цикл АЭС с сепарацией влажного пара (лекция 9
на осэпе), (база про АЭС в начале этой лекции)
28. Схема и цикл АЭС с сепарацией влажного пара с
промперегревом.
ОБЪЯСНЕНИЯ ЦИКЛА И СХЕМЫ НЕТ Т.К. ЭТА ЛЕКЦИЯ БЫЛА ВЫСЛАНА НА
ПОЧТУ БЕЗ ИЗЛИШНИХ КОММЕНТАРИЕВ
ГЦН - Главные циркуляционные насосы
РУ – Реакторная установка
ПГ – Парогенератор
ЦВД/ЦНД – цилиндр высокого/низкого давления
29. Многоступенчатый турбокомпрессор. Процессы в P,v и
T,s – диаграммах. Затраченная работа, отведенная теплота
в процессе 2-х ступенчатого адиабатного сжатия.
Для получения газа высокого давления применяют многоступенчатые компрессоры.
Условие минимума работы при многоступенчатом сжатии такое же как и при
одноступенчатом, равенство степеней повышения давления каждой ступени.
2 различных вида охлаждения: 1. Охлаждение в процессе сжатия(1,2).
2. Охлаждение потока между ступенями в межступенчатом охладителе (ab).
T,s – диаграмма количественно показывает теплоту, отводимую в процессе.
T1=Tb, то π01=π0b
β1=β2, тогда Ta=T2
q n1 ступени =q n2ступени
q меж .ст .охл . =h a−hb
30. Вывод соотношения для определения оптимального
перепада давлений между ступенями компрессора.
31. Процессы сжатия рабочего тела в поршневых
компрессорах с охлаждением цилиндра в P,v и T,s –
диаграммах. Затраченная работа. Отведенная теплота.
Процесс сжатия должен проходить медленно, должен быть какой-то
прибор охлаждения типа цилиндра. Ход такого процесса между
изотермой и адиабатой, диапазон процесса заштрихован.
P=constn когда n = + - ∞
V=constn n = 0
T=const n = 1
Q=0 n = k (показатель идеальной адиабаты)
В таком процессе повышение давление с охлаждением рабочего тела. В
самом процессе температура будет возрастать даже если теплота
отводится
Если на TS диаграмме в любой точке такого процесса провести
касательную то Cn будет T / tg угла касательной
Характер зависимости теплоемкости
для любых политропных процессов в зависимости от n
n≠ 1 Cn≠ Cv
При n=0 точка пересечения значение изобарной теплоемкости, разница
между Cv и Cp это газовая постоянная R
Заштрихованная область 1 ≤ n ≤ k область отрицательных теплоемкостей
Затраченная работа
(eсли давление высокое лучше считать через PV)
32,33 Цикл ДВС с изохорным подводом теплоты.
Термический КПД и удельная работа. Индикаторная
диаграмма процессов ДВС со сгоранием при V=const.
Индикаторное давление.
Рис 1 открытый цикл
во внутренней полости цилиндра поршень не доходит до конца левой
стенки во избежание ударов называется мертвым объемом
Процесс a1 смесь воздуха и паров топливного газа засасываются при
давлении меньше атмосферного, Pa1= const поршень движется до
крайнего правого положения. После впускной клапан закрывается и
начинается движение влево процесс 1-2 (быстро) адиабатное
сжатие смеси. В точке 2 срабатывает свеча зажигания , начинается
взрывное горение (очень быстрое) давление и температура
возрастают в точке 3 достигают максимума
Процесс 3-4 расширение адиабатный процесс Q=0 в крайней правой
точки открываются выпускной клапан и при V=const и большом
давлении продукты сгорания выбрасываются в выхлопную трубу,
остаток газа выталкивается в процесс 5b при давлении несколько
больше атмосферном выбрасывается в атмосферу.
Термический КПД цикла
(Q определяется площадью под графиком)
Удельная работа
Индикаторное давление - условное постоянное давление под
действием которого поршень совершает работу равную работе всего
цикла
V1-V2= Vp рабочий объем поршня
Полная работа теоретического цикла для одного цилиндра
34. Цикл ДВС с изобарным подводом теплоты. Термический
КПД и удельная работа.
Лекция 11. 27.04.2022 С 37:45
Если двигатель по циклу Отто работает на бензине, на газе, с искусственным
отжигом этой смеси, то цикл Дизеля основан на технологии самопроизвольного
сжигания (горения) топлива при постоянном давлении.
В таком цикле теплота подводится не по изохоре, а по изобаре 2-3. И теперь
подведенную теплоту мы будем считать через dh, а отведенную – через du. Это
видно из отношения термического КПД.
По диаграммам рисуем последовательно все точки, начиная со второй.
Соотношения такие же, как и в цикле Отто. Но далее конфигурация меняется,
идет изобара 2-3.
***
cp = k*cv, поэтому оставляем только cv в удельной работе.
В индикаторном давлении заменяем работу на формулу (16), RT1 заменяем на
pv1.
v1 выносится, сокращается, в знаменателе остается
.
По формуле (18) строим зависимость КПД для фиксированных
Уменьшается
, повышается КПД.
.
Цикл Дизеля за счет самовоспламенения, обеспечивает двигателям гораздо
большую степень сжатия (эпсилон). Поэтому здесь график строится до 18, а в
цикле Отто до эпсилон равного 10.
Если в циклах Отто самовоспламенение не допускается, так как приведет к
детонации, то в циклах Дизеля оно используется именно для тяжелых топлив
(углеводородов), и горение протекает медленно, практически при p=const.
35. Сравнение термодинамической эффективности циклов
ДВС с изохорным и изобарным подводом теплоты.
Лекция 11. 27.04.2022 С 1:00:55
Условия: мы должны зафиксировать T3, которая определяется жаропрочными
свойствами стали, и максимальное давление p2=p3 (допустимая величина,
которая определяется конструкционными особенностями двигателя). На
рисунке 7 строятся 2 цикла. Есть макс давление и макс температура, по ним
идет сравнение. Сначала строим цикл Дизеля в этих границах, потом Отто (на
скриншоте ниже расписано, в каких именно границах). Видим, что Q2
(отведенная теплота) у циклов одинаковая (площадь под процессом 4-1). Но мы
видим, что Q1 у цикла Дизеля больше. Значит, работа цикла Дизеля (
) в этом пределе, в этом диапазон всегда больше. Значит, при одинаковых
затратах топлива, у Дизеля мы получим больше мощности, двигатель большей
экономичности.
* и жаропрочность
Но тем не менее, от бензиновых двигателей никто не отказывается, они более
совершенны в техническом исполнении, не требуют подачи топлива при
высоком давлении, как в цикле Дизеля. В цикле Отто топливо засасывается и
при атмосферном давлении, и даже при разряжении, в Дизеле необходимо
давление выше p2, значит нужны и форсунки (для равномерной подачи топлива,
для хорошего смешения тяжелого топлива с окислителем-воздухом и полного
горения этой топливной смеси). Как только форсунка засоряется,
равномерность подачи топлива убывает, двигатели выпускают облако черного
дыма, а зимой из тяжелых топлив (солярка) могут выпадать парафины, забивать
трубопроводы и форсунки, затруднять работу двигателя, а особенно пуск из
холодного состояния.
36. Классификация ГТУ по типу цикла.
Лекция 12. 04.05.2022
Особенностей ГТУ нет в билетах – с самого начала лекции.
Конкретно по теме билета – с 00:13:50, или последняя строка 19
страницы документа, на этой же странице в пункте 6.6 (+ рисунок 8.1) –
работа ГТУ на базе открытого цикла, это надо прочитать.
К – компрессор, КС – камера сгорания, Т – турбина, топливный насос можем не
показывать.
ГТУ на базе открытого цикла соответствует схеме на рис. 8.1 (выше) – самый
распространенный вид.
Однако в последнее время получают распространение ГТУ на базе замкнутого
цикла.
Для замкнутого цикла:
*ТА – теплообменный аппарат
Вопроса выбора типа цикла не прост, мы его рассматривать не будем.
37. Теоретический обратимый цикл и схема ГТУ. Влияние
параметров рабочего тела на КПД и мощность ГТУ.
Билет № 37 (Лекция №12. 04.05.2022 )
Теоретический обратимый цикл и схема ГТУ. Влияние параметров рабочего тела на КПД
и мощность ГТУ.
38. Цикл и схема ГТУ с внутренними потерями в
турбомашинах. Влияние параметров рабочего тела на КПД и
мощность ГТУ.
Билет № 38 (Лекция №12. 04.05.2022 )
Цикл и схема ГТУ с внутренними потерями в турбомашинах. Влияние параметров рабочего тела на
КПД и мощность ГТУ.
Схема в билете № 37
39. Определение условия максимальной работы
действующего цикла ГТУ.
Билет № 39 (Лекция №12. 04.05.2022 )
Определение условия максимальной работы действующего цикла ГТУ.
40. Термодинамический анализ цикла ГТУ с различной
степенью регенерации.
Лекция 13 11.05.2022
Начало лекции
Чтобы использовать температурный потенциал ставится
регенератор перед камерой сгорания ( Рег). Он обеспечит процесс
подогрева от точки 2 до 5 сжатого воздуха перед камерой сгорания.
И уже более холодные газы с параметрами в точке 6 выбрасываются
в атмосферу. Т.е. Q2 отводится именно в процессе 6-1, теплота
отводимая в ОС.
Параметры в точке 4 намного превышают параметры в точке 2. q рег
подается на подогрев газа. Соответственно доля подводимой
теплоты q1 уменьшается, значит снижаются затраты топлива,
повышается КПД установки.
Открытая схема ГТУ, т.е. выхлопные газы продолжают
выбрасываться в атмосферу, но уже с более низкими параметрами.
Если представить площадь теплообмена в каком – нибудь
регенераторе бесконечной величиной, тогда температурные напоры
будут стремиться к 0 и мы получим нагрев до точки 5. Но у реальных
теплообменников поверхность теплообменов конечна, всегда есть
температурный напор, поэтому на самом деле мы получаем точку
5д. Т.е. q рег есть теоретическое, а есть действительное, которое
учитывает реальный температурный напор.
Тогда q рег для действительного теплообменного аппарата с
температурным напором уменьшается до такой величины. Точно
также на входе в регенератор надо задать температурный напор и
появляется точка 6д.
Такой же цикл будет и для закрытой схемы. Это цикл реальный,
замкнутый. Среди открытой схемы этот цикл условный, носит
характер 6-1, мы замыкаем точку 6 и 1, но в закрытой схеме этот
процесс реально происходит.
Но для того чтобы отвести теплоту в ОС и не нарушить при этом
герметичность системы, надо установить теплообменный аппарат
для отвода теплоты герметичного типа с разделением нагреваемой
и охлаждаемой сред. Остальные элементы те же самые:
регенератор процесс 2-5, нагрев воздуха; котел утилизатор (аналог
камеры сгорания), здесь могут сжигаться топлива, тогда это будет
точно камера сгорания, либо какой-то высокотемпературный
теплоноситель. Например, дымовые газы металлургических печей,
могут пропускаться через этот котел утилизатор и подводить
теплоту турбинном контуре.
Тот случай, когда теплообменник бесконечной поверхности, когда
температурный напор равен 0, когда точка 5 совпадает с точкой 5д
называется максимальной или предельной регенерацией.
Мы используем для расчета модель идеальных газов.
Если температура в точке 5 будет равна температуре в точке 4д, то
энтальпии будут тоже равны между собой. Точно также энтальпия в
точке 2д будет равна энтальпии в точке 6. Это для предельной
регенерации.
Выразим теплоту регенерации через энтальпию: h2д – h6 греющая
среда, выхлоп турбины; h5 – h2д нагреваемый сжатый воздух.
19:50
Вот сейчас пошел анализ
Термодинамический анализ цикла ГТУ с различной степенью
регенерации.
Зависимость работы цикла от Т2 (прошлая лекция). Максимум когда
Т2=Т4. Совмещаем все зависимости на одном рисунке. Для того
чтобы снизить затраты на сжатие, увеличить долю регенерации
применяют многоступенчатое сжатие и расширение рабочего тела.
41. ГТУ с многоступенчатым сжатием и расширением
рабочего тела.
Лекция 13 11.05.2022
29:32
ГТУ с многоступенчатым сжатием и расширением рабочего тела и
регенерацией
Сделаем схему с регенерацией
Поставим регенератор перед камерой сгорания (КСВД) и направим
туда поток выхлопных газов. Поставим точку 5, а на выхлопе 6.
Эта схема с двухступенчатым сжатием и с двухступенчатым
расширением рабочего тела обеспечит высокий КПД именно при
наличии регенератора. Поставим регенератор (Р).
31:24
Между ступенями компрессора – охладитель. Для отвода теплоты в
ОС, а именно Q2.
Поскольку мы добавили регенерацию, то дополнительные точки
поставим 5, 5д, 6 и 6д.
q рег ( регенерации) передадим на отрезок h5д – h2д.
Тогда КПД будет высоким.
Теплота подводимая
Записано без регенеративного цикла. Точку 2д исправляем на 5д
Число камер сгораний низкого давления будет всегда на 1 меньше,
чем число ступеней турбин.
Надо исправить: n – число турбин, т.к. ступень может быть каждая
высокого и низкого давления, могут быть многоступенчатая каждая.
42. Теоретический обратный цикл Карно. Холодильный
коэффициент.
Лекция 13 11.05.2022
42:00
Работа цикла отрицательная. Все они потребляют энергию от
внешнего источника. Все процессы на всех диаграммах против
часовой стрелки.
2 изотермы, 2 адиабаты. Обратимые адиабаты – изоэнтропы
(изоэнтропный процесс) 1-2 и 3-4.
Теплота от рабочего тела отводимая процесс 3-2 передаётся
окружающей среды. В реальном цикле она должна быть меньше,
чем температура Т3. А температура от охлаждаемого объекта
передаётся рабочему телу в процессе 4-1, всегда меньше, чем
теплота отводимая.
Значит чтобы реализовать такой цикл нужно энергию убрать от
внешнего источника.
Т2 чуть выше или в обратимом цикле равна температуре ОС.
Для обратимых процессов температурный напор равен 0.
43. Цикл и схема газовой холодильной установки.
Термодинамические характеристики цикла.
Когда используются ГХУ:
Цикл состоит из двух изобар (P=const) «2-3» и «4-1» и двух изоэнтроп (S=const) «1-2»
и «3-4»
Процесс «1-2» реализуется в компрессоре К приводом которого является
электродвигатель ЭД и расширительное устройство (Детандер) обеспечивающее
процесс «3-4», процесс 2-3 это отвод теплоты в окружающую среду который
обеспечивается теплообменником ТВО
Детандер производит работу и часть этой работы возвращается в цикл и уменьшает
долю внешних затрат, а Компрессор потребляет работу.
Затраченная внешняя работа:
Тогда теоретический холодильный коэффициент через показатель адиабаты и степень
повышения давления:
Этот вариант является чисто теоретическим так как мы не можем увеличить
температуру окружающей среды в следствии чего предпочтительнее добавить
двухступенчатое сжатие!!
44. Цикл и схема холодильной установки с двухступенчатым
сжатием рабочего тела в компрессорах.
Термодинамические характеристики цикла.
Между ступенями компрессора нужно ставить охлаждение (теплообменник
воздушного или водяного охлаждения)
В промежуточном охлаждении ТВОП II мы не можем опуститься ниже температуры
окружающей среды, поэтому процесс «2-а» ограничен температурой окружающей
среды. Поэтому получается что работы на привод каждой ступени отличаются
(A(12) > A(ab))
N – мощность, ε – холодильный коэффициент
Nk – мощность компрессора, Nд – мощность детандера
Однако этот вариант плох тем, что в нем есть переменная температура
холодильной камеры, что плохо для потребителя!
Действительный цикл ГХУ с учетом кпд компрессора и детандера
45. Схема и теоретический цикл КХУ с двухступенчатым
сжатием и расширением рабочего тела. Термодинамические
характеристики цикла. (Лекция 13 1:05:33)
Между двумя компрессорами К1 и К2 нужно ставить охладитель (теплообменник
воздушного или водяного охлаждения II) процесс 2а ограничен Тос
Работа 1-2 больше работы а-b
Холодильные камеры имеют два участка 4-с, d-1 – средняя температура
выравнивается (ХК I, ХК II)
Для обеспечения этих двух процессов нужен детандер высокого и низкого давления
3-4 ДВС
C-d ДНД
46. Цикл и схема парокомпрессионной холодильной
установки. Термодинамические характеристики цикла.
(лекция 14)
Компрессор, конденсатор, дроссельное устройство, холодильная камера (испаритель)
1-2 компрессор сжимает сухой насыщенный пар в состояние перегретого в точке 2
какого-то хладогента
Этот пар с параметрами точки 2 высокого давления и температуры попадает в
конденсатор
Сначала пар охлаждается 2 – 2” до сухого насыщенного пара, потом идет процесс
конденсации (теплота отводится в окружающую среду)
Чистый конденсат с параметрами 3(2’) дросселируется, понижается температура и
давление рабочего числа ниже охлаждаемого объекта
4-1 объект отдает свою теплоту рабочему телу и оно кипит
47. Схема и цикл парокомпрессионной холодильной
установки с переохладителем конденсата.
Термодинамические характеристики цикла.
Позволяет увеличить производительность и холодильный коэффициент.
Обеспечивается переохлаждение от параметров точки 3 до точки 4. Температура и
энтальпия конденсата снижаются. Дросселирование идет от параметров точки 4.
Конфигурация цикла становится более полной (заполняет область влажного пара
более плотно).
48. Схема и цикл парокомпрессионной холодильной
установки с регенеративным теплообменником.
Термодинамические характеристики цикла.
Регенеративный теплообменник устанавливается перед дросселем.
Горячий конденсат с параметрами в точке 3 отдает свою теплоту на подогрев фреона
перед компрессором. Т.е. греющая среда – конденсат (процесс 3-4), нагреваемая среда
– пар (процесс 6-1).
Засчёт регенеративного теплообменника параметры конденсата перед дросселем (т.4)
снижаются, температура уменьшается, энтальпия уменьшается и
холодопроизводительность увеличится.
Не всегда применение регенерации приводит к увеличению холодильного
коэффициента.
Данный цикл называют обратным циклом Ренкина.
49.Теплонасосные технологии. Особенности применения.
Классификация ТНУ. Характеристика источников
низкопотенциальной теплоты.
ТНУ универсальны по отношению к виду первичной энергии и по
уровню мощности, изменяющейся от долей до десятков тысяч
киловат.
Устанавливается в непосредственной близости к потребителю.
Минус - необходимость наличия местного источники
низкопотенциальной энергии достаточной мощности и
температурного уровня.
Классификация ТНУ
Источником низкопотенциальной тепловой энергии может быть тепло как
естественного, так и искусственного происхождения.
В качестве естественных источников низкопотенциального тепла могут быть
использованы:
● - тепло земли (тепло грунта);
● - подземные воды (грунтовые, артезианские, термальные);
● - наружный воздух.
Все они аккумулируют солнечную энергию, так что вместе с ними косвенно
используется солнечная энергия. Для практического использования этих
источников тепла следует учитывать следующие критерии:
● - достаточная доступность;
● - как можно более высокая накопительная способность;
● - как можно более высокий температурный уровень;
● - достаточная регенерация;
● - выгодная в финансовом плане разработка;
● - небольшие расходы на техобслуживание.
50. Цикл и схема парокомпрессионного теплового насоса.
Коэффициент преобразования теплоты,
теплопроизводительность и мощность привода ТНУ.
Тепловые балансы конденсатора и испарителя
Тепловой насос работает так же как и холодильная машина по
обратному циклу и используется для теплоснабжения объектов
Почти не отличается от схемы холодильной установке, но к
конденсатору пристроена система теплоснабжения ( чаще водяной
теплоноситель)
Испаритель забирает теплоту от низкопотенциального источника с
низким уровнем температур
процесс 4-1 процесс кипения рабочего вещества идет подвод теплоты
от низкопотенциального источника
1-2 сжатие рабочего тела в компрессоре, температура повышается до
области перегретого пара( точка 2 ) давление повышается до P2 и
теплота конденсатора и есть теплота ТНУ
2д-2” охлаждение перегретого пара при изобаре P2, потом
конденсация до точки 3
3-4 дросселирование h=const
Обратный процесс, против часовой стрелки, работа отрицательна
51. Цикл и схема парокомпрессионного теплового насоса с
внутренней регенерацией. Вычисление коэффициента
преобразования теплоты и эксергетического КПД при
использовании теплоты и холода.
Лекция 15. 25.05.2022. С 00:26:48 и с 00:54:33
! Теплота и холод вырабатываются всегда, просто в цикле без регенерации
холод не используется потребителями, а в цикле с регенерацией –
используется.
Что из себя представляет схема? Во-первых, надо найти низкопотенциальный
источник объекта, который надо охлаждать. Представим себе ферму с молоком,
температуру которого надо всегда держать +3. И за счет охлаждения этой
цистерны будем нагревать бак горячего водоснабжения (применение
небольшой ТНУ). Что нового появилось в схеме? Конечно регенеративный
теплообменник (РТ). РТ охлаждает конденсат (процесс 3-4) и передает теплоту
qr (регенерации) на подогрев фреона (хладагента) перед компрессором. Благодаря
ему можно снижать расход по контуру, это предотвращает попадание жидких
капель в рабочую полость компрессора и регенеративные теплообменнике
обычно всегда включают в схему и холодильных и теплонасосных установок.
Итак, фреон кипит (процесс 5-1,,), молоко охлаждается (если кипит фреон при 0
градусов, то охладить молоко можем до 3-4 градусов, в баках горячего
водоснабжения – 50 градусов, в конденсация – примерно при 55 градусах).
Примерно такие характеристики у цикла, которые обеспечивают и систему ГВС,
и охлаждение объекта (цистерну с молоком).
Процесс 4-5 – адиабатное дросселирование, h4=h5.
qr= h3- h4= h1- h,,1.
На схеме показаны насосы в системе горячего водоснабжения и в системе
отбора низкопотенциальной теплоты. Правильно. Надо включить небольшие
насосы, чтобы обеспечить циркуляцию теплоносителя. Циркуляция фреона
обеспечивается компрессором. Молоко – потребитель холода.
*коэффициент преобразования теплоты не меняется
Из пункта без регенерации:
52. Методика сравнения эффективности теплонасосной
установки и котельной.
Лекция 15. 25.05.2022 С 00:59:30 – конкретно билет, страница 26
документа
С 00:39:00 – пространная инфа про источники низкопотенциальной
энергии, для ознакомления, в билетах нет
53,54. Схема и цикл ПГУ с котлом – утилизатором. Вывод
зависимости КПД цикла от степени бинарности цикла. КПД
цикла при степени бинарности цикла равной 1.
Билет № 53 и № 54 (лекция №16, на почте)
Схема и цикл ПГУ с котлом – утилизатором. Вывод зависимости КПД цикла от степени бинарности
цикла. КПД цикла при степени бинарности цикла равной 1.
55. Схема и цикл ПГУ с низкотемпературной фреоновой
подстройкой. Коэффициент кратности расходов. КПД цикла.
Файл лекции 16 ( ЛК 16 Весн ПГУ)