Термодинамика. Термодинамические процессы, виды энергии и их особенности, теплообмен, страница 5

14. Многоступенчатое сжатие: принципы и использование. Выбор числа ступеней.

Многоступенчатое сжатие применяют по нескольким причинам: 1) снижение мощности на привод компрессора; 2) для возможности повышения давления в объемном компрессоре; 3) необходимость разделения на ступени и охлаждение для обеспечения системы смазки. 

                  р                                                                                       Полная мощность .

                                                                                     ,  - мертвый объем,

                                                                                                который остается в конце

                                1                                                              процесса сжатия.

          

                                         V

Рассмотрим для примера трехступенчатое сжатие.

  1               а            О₁        в               с         О₂         е               2

 

           І                                         ІІ                                       ІІІ

р                                                                                                        1-2’ – процесс сжатия

                 2           2’                                                                                     одной ступени

          р₂

                        е        с

                                                       

                               в              а

 

                                                             1

          р₁

                                                                       V

Чаще всего повышение давления по ступени примерно одинаковое. Выбор числа ступеней проводят след-м образом: . Если повышение давления в каждой ступени одинаково, то: , . В первом приближении опред-ся температура в конце сжатия . Во втором приближении определяют точное значение параметров.

15. ГТУ: тепловая схема, модель реального цикла, степень термодинамического

      совершенства и пути повышения эффективности.

В ГТУ на одном валу устанавливают турбину и компрессор. В ГТУ приходится компенсировать основной недостаток – очень большая работа сжатия компрессора.

Если , то

 - достигаются

В камеру сгорания подают воздух и получают нужную температуру Т₃

Сейчас достигается . Ресурс турбин 100 000 часов.

16. Энтропийный метод расчета потерь эксергии в анализе энергетических установок.

Cущность метода сводится к суммированию потерь в отдельных элементах установки. Т. к. диссипация приводит к увеличению энтропии тел, участвующих в энергообмене, то потери эксергии установки можно определить по формуле

   (1)

Потери эксергии по этому методу

      (2) ( - для каждого элемента).

Степень совершенства установки или энергетический КПД:

;

Ne – энергия, которая может быть преобразована в любой вид энергии (интересует больше всего);

Ет – эксергия топлива – это энергия топлива, которая может быть выделена в идеальных равновесных процессах переходах к равновесию с окр. средой;

е_т – удельная эксергия топлива, которая может быть получена в идеальном процессе

                                       е_т>q_н(q_сг)

Для природного газа е_т=1,04q_н. Для жидкого и твердого топлива эксергия примерно совпадает с высшей теплотой сгорания е_т=q_н^в.

Т.к. в процессе преобразования всегда есть потери, то

;

 - степень совершенства.

Потери определяются по ф. (2). Этот метод позволяет проанализировать потери в отдельных элементах.

17. Метод коэффициентов полезного действия в анализе реальных циклов.

ТД – машина, где происходит преобразование энергии топлива в механическую энергию.

            (1)

N_e – эффективная мощность, снимаемая с вала двигателя, определяет нагрузку на которую

         работает двигатель на стац. режиме;

Q₁ – подводимый тепловой поток при сжигании топлива;

q_н – низшая теплота сгорания топлива.

В теплоте сгорания учитывается теплота сгорания водяного пара. В реальных тепловых двигателях температура выхлопных газов намного больше температуры окр. среды и поэтому теплота конденсации водяных паров не реализуется, и поэтому q_н не учитывается.

Расход топлива в двигателе:

Для определения эффективного КПД используют три приближения:

1. Рассматривают идеальный цикл двигателя, состоящий из соответствующих равновесных процессов.

2. Учитывается диссипация энергии в реальных процессах.

3. Учитываются потери в механизмах двигателя.

                             (2)

Формула (2) можно получить в конкретном виде, т.к. мы рассматриваем равновесные процессы.

Во 2-ом приближении учитываются потери на диссипацию (модель реального цикла) – потери в компрессоре и турбине.

В данном методе КПД реального цикла наз. внутренним или индикаторным:

           (3)

Из ф. 3:

- на эффективность реального цикла значительное влияние оказывает относительная работа сжатия (l_сж/q₁): чем больше отн. работа сжатия, тем ниже эффективность реального цикла. Для ГТУ эта величина значительная и вся история этих двигателей связана с понижением этой величины.

В 3-ем приближении учитывается потери механизма двигателя связанные с подводом теплоты q_1.

;

где ; Ne – эффективная мощность; Ni – внутренняя мощность (в реальном цикле);

       .

Для конкретного двигателя эта формула может видоизменятся.

Недостатки этого метода:

 - не позволяет проанализировать потери в отдельных элементах установки, т.к. не учитывает все следствия 2-ого з-на термодинамики.

Достоинство:

 - удобен для анализа простых циклов.