Циклы теплосиловых установок обычно подразделяются на две основные группы: теплосиловые газовые; теплосиловые паровые. Такая классификация циклов определяется следующими причинами.
Общим для всех теплосиловых газовых циклов является то, что в течение всего цикла рабочее тело находится в одном и том же агрегатном состоянии – в виде газа. При этом рабочее тело находится в состоянии, далеком от линии насыщения, и благодаря сравнительно невысоким давлениям в сочетании с весьма высокими (по сравнению с критической) температурами его можно с точностью, вполне достаточной для качественного анализа, рассматривать как идеальный газ.
Отличительной чертой второй большой группы циклов теплосиловых установок (паровых циклов) является использование таких рабочих тел, агрегатное состояние которых в цикле меняется; в одной части цикла рабочее тело находится в жидком состоянии, в другой части - в виде двухфазной смеси (влажного пара), в третьей – в виде перегретого пара. Обычно перегретый пар находится в состояниях, настолько близких к области насыщения, что к нему неприменимы законы идеального газа.
Для оценки эффективности теплосиловой установки следует ответить на два основных вопроса:
1) Настолько велик коэффициент полезного действия (к.п.д.) обратимого цикла теплосиловой установки, от каких факторов он зависит и что следует предпринять для его увеличения?
2) Насколько велики необратимые потери в реальном цикле установки, как распределяются эти потери по отдельным элементам цикла и, следовательно, на усовершенствование какой части цикла теплосиловой установки надо обратить внимание с целью уменьшения степени необратимости цикла (и, следовательно, увеличения к.п.д. цикла)?
В соответствии с этим в дальнейшем анализ циклов теплосиловых и холодильных установок будет проводиться, как правило, в два этапа- анализируя вначале обратимый цикл, а затем реальный цикл, с учетом основных источников необратимости. Условимся в дальнейшем термин «термический к.п.д.» (ηt) употреблять для обозначения к.п.д. обратимого цикла, а к.п.д. реального необратимого цикла будем называть внутренним к.п.д. цикла ηiц. В соответствии с этим:
ηt = lцобр =
q1 − q2обр =1−
q2обр
(9.1) q1 q1 q1
ηiц =
lц = q1 − q2 =1− q2
(9.2) действ действ действ
q1 q1 q1
где индексы «обр» и «действ» относятся соответственно к обратимому и реальному необратимому (действительному) циклам.
Степень совершенства обратимых циклов полностью характеризуется величиной термического к.п.д. в сравнении с термическим к.п.д. цикла Карно, осуществляемого в том же интервале температур. Некоторые наиболее употребительные методы анализа таких циклов описаны в следующем параграфе. Эффективность реальных циклов можно оценивать по величине внутреннего к.п.д., определяемого соотношением (9.2). Однако сама по себе величина ηiц еще не говорит о том, какова степень необратимости цикла. Поэтому при анализе реальных необратимых циклов часто используется понятие об относительном к.п.д. цикла, определяемом следующим образом. Уравнение (9.2) для внутреннего к.п.д. может быть записано в следующем виде:
действ обр
ηiц =
lцобр lц lц q1
Обозначая
ηоцi = 
lцдействобр
(9.3) lц
и учитывая (9.1), получаем:
ηiц =ηоцiηt (9.4)
Величина ηоцi носит название внутреннего относительного к.п.д. цикла. Она показывает, насколько действительный цикл менее совершенен, чем обратимый цикл (т. е. какую долю ηt составляет внутренний к.п.д. действительного цикла).
Помимо необратимых потерь, имеющих место в процессах, осуществляемых собственно рабочим телом в цикле (эти потери учитываются внутренним относительным к.п.д. цикла), работа реальной теплосиловой установки сопряжена с рядом потерь, обусловленных необратимостью тепловых, механических и электрических процессов в отдельных элементах всей теплосиловой установки. К ним относятся потери на трение в подшипниках турбины или при движении поршня в цилиндре, потери тепла в паропроводах, электрические потери в электрогенераторе и т. д. С учетом этого эффективность теплосиловой установки в целом характеризуется величиной так называемого эффективного к.п.д. ηеуст, представляющего собой отношение величины работы, отданной теплосиловой установкой внешнему потребителю, к количеству тепла, подведенного к установке (вследствие неизбежных потерь тепла обычно только часть этого тепла воспринимается рабочим телом).
Другой путь оценки эффективности теплосиловой установки использует понятие работоспособности системы. Подсчитывая потерю работоспособности системы в каждом из основных элементов установки, можно оценить каждую из составных частей величины потери работоспособности в целом для всей системы «горячий источник - теплосиловая установка - холодный источник» и на этой основе найти к.п.д.
Количественно (с точки зрения первого закона термодинамики) результаты анализа эффективности реальных необратимых циклов не зависят от того, каким из названных способов они выполняются. Однако, как будет видно из дальнейшего, методы, основанные на подсчете потери работоспособности, позволяют провести важный качественный анализ и выяснить основные источники необратимости в цикле.
Как уже отмечалось выше, степень совершенства произвольного прямого
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
