2. Расчет парового цикла

В различных областях промышленного производства широкое применение получили пары различных веществ – воды, ртути, аммиака, углекислоты, щелочных металлов и др. Наибольшее распространение имеет водяной пар – самое доступное и дешевое рабочее тело. С большим успехом водяной пар применяется в современной теплоэнергетике. В качестве рабочего тела водяной пар используется в паровых турбинах, паровых машинах, в атомных установках; в качестве теплоносителей он используется в различных теплообменных аппаратах, устройствах и др.

Для определения степени совершенства паровой теплосиловой установки необходимо знать и, следовательно, уметь определять как параметры рабочего тела в характерных точках процессов изменения состояния пара, так и основные характеристики самих процессов, составляющих термодинамический цикл.

В курсовой работе требуется провести расчет прямого обратимого цикла, отнесенного к 1 кг водяного пара.

Согласно заданию на курсовую работу известно:

1. Схема протекания процессов водяного пара, составляющих прямой обратимый цикл в PV координатах.

2. Некоторые параметры состояния водяного пара в характерных точках цикла.

Необходимо:

1. Провести схематическое перестроение цикла в TS и hS-диаграммы.

2. Заданный паровой цикл снять на кальку с hS-диаграммы водяного пара в масштабе этой диаграммы.

3. Определить по hS-диаграмме параметры состояния пара p,V,T,h,S, x и вычислить внутреннюю энергию U в характерных точках. 4. Определить характеристики процессов, составляющих цикл:

изменение внутренней энергии , энтальпии , энтропии , а также вычислить количество теплоты q и работу расширения .

5. Определить основные характеристики парового цикла: количества полезно используемой теплоты в цикле –q_ц, работу цикла , значение термического КПД цикла и среднего давления р_i.

6. Провести сравнение найденных по hS-диаграмме параметров состояния для характерной точки цикла, расположенной в области влажного насыщенного пара, с параметрами этой же точки, определенными с помощью таблиц для водяного пара.

7. Сделать выводы относительно степени совершенства цикла паровой теплосиловой установки, работающей по заданному циклу, и точности расчетов параметров пара, найденных из таблиц и по hS-диаграмме.

2.1. Перестроение цикла в безмасштабные диаграммы hS и ts

Для перестроения заданного парового цикла в hS и TS диаграммы необходимо нанести нижнюю и верхнюю пограничные кривые. Затем, руководствуясь уравнениями заданных процессов, перестроить цикл. При этом следует помнить следующее.

Изохорный процесс на PV-диаграмме изображается прямой, параллельной оси ординат (рис. 2.1,а).

На TS-диаграмме изохора имеет вид кривой линии: в области влажного пара – выпуклостью вверх, а в области перегретого пара выпуклостью вниз (рис. 2.1,б).

На hS-диаграмме изохорный процесс изображается кривой линией выпуклостью вниз.

Изобарный процесс на PV-диаграмме изображается отрезком прямой линии параллельной оси абсцисс. В области влажного пара изобарный процесс является одновременно и изотермическим процессом (рис. 2.2,а).

На TS-диаграмме в области влажного пара изобарный процесс изображается отрезком прямой линии параллельной оси абсцисс (процесс является одновременно и изотермическим), а в области перегретого пара – кривой, обращенной выпуклостью вниз (рис. 2.2,б).

На hS-диаграмме изобарный процесс в области влажного пара имеет вид отрезка прямой, а в области перегретого пара – кривой линии, выпуклостью вниз (рис. 2.2,в).

Изотермический процесс на PV-диаграмме в области влажного пара является одновременно и изобарным процессом и изображается прямой линией, параллельной оси абсцисс. В области перегретого пара кривая процесса имеет вид кривой линии, обращенной выпуклостью вниз (рис. 2.3,а).

На TS-диаграмме изотермический процесс является отрезком горизонтальной линии (рис. 2.3,б).

На hS-диаграмме в области влажного пара изотермический процесс является и изобарным и имеет вид прямой наклонной линии, в области перегретого пара изотерма имеет вид кривой выпуклостью вверх (рис. 2.3,в).

Адиабатный процесс на PV-диаграмме изображается кривой линией (рис. 2.4,а). В TS и hS-диаграмме адиабатный процесс изображается отрезками прямых линий, параллельных оси ординат, т.к. протекает при постоянной энтропии (рис. 2.4,б, в).