Е.Н. БУНИН

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ

И ТЕПЛОВЫЕ СХЕМЫ АТОМНЫХ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

(курс лекций для студентов БГУ;

специальность 1-31 04 01«Физика»;

направление 1-31 04 01-05

«Ядерная физика и технологии»;

специализация 1-31 04 01-05 26

«Физика ядерных реакторов и

атомных энергетических установок»)

Минск – 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие……………………………………………………………………….4

1. Введение……………………………………………………………………...6

Тема 1. Элементарные сведения об АЭС……………………………...6

Тема 2. Некоторые сведения из ядерной физики, теплофизики

и физики ядерных реакторов……………………………………………...16

2. Введение в техническую термодинамику……………………………...28

Тема 3. Основы технической термодинамики……………………….28

Тема 4. Термодинамические процессы в теплоэнергетических

установках…………………………………………………………………..35

3. Термодинамические циклы теплоэнергетических установок………44

Тема 5. Термический КПД цикла, цикл Карно………………………44

Тема 6. Термодинамический цикл Ренкина………………………….64

Тема 7. Цикл Брайтона. Бинарные термодинамические циклы…….69

Тема 8. Энтальпийно-энтропийная (i-s) и другие расчетные и

демонстрационные диаграммы состояния вещества……………………..82

Тема 9. Регенеративные газовые и газожидкостные циклы………...94

Тема 10. Показатели термодинамической эффективности на разных

стадиях анализа ТЭУ……………………………………………………...104

Тема 11. Энтропийный и эксергетический методы анализа

термодинамических циклов………………………………………………127

4. (Тема 12) Некоторые вещества, рассматриваемые на роль

теплоносителей – рабочих тел ТЭС и АЭС…………………………...136

5. (Тема 13) Тепловые схемы АЭС……………………………………...142

6. (Тема 14) Алгоритм расчета термодинамических параметров

тепловой схемы АЭС…………………………………………………….150

7. (Тема 15) Методика сравнения эффективности совместного и

раздельного способов производства тепловой и электрической

энергии…………………………………………………………………….165

8. (Тема 16) Развитие атомной энергетики в мире, в СССР, в России, в Беларуси………………………………………………………………...176

Предисловие

Пока энергетика Белоруссии обходилась без атомных электростанций, не было потребности в кадрах, обслуживающих АЭС. В условиях самостоятельности республики и при отсутствии собственных ресурсов органического топлива возникла необходимость строительства АЭС, и встал вопрос о расширенной подготовке собственных специалистов в ВУЗах Беларуси.

Настоящий курс лекций, лабораторных и контролируемых самостоятельных работ составлен в соответствии с утвержденной на кафедре ядерной физики БГУ учебной программой спецкурса «Термодинамические циклы и тепловые схемы АЭС» для студентов 4-го курса БГУ, обучающихся по специальности 1-31 04 01 «Физика»; по направлению 1-31 04 01-05 «Физика ядерных реакторов и атомных энергетических установок»; по специализации 1-31 04 01-05 26 «Ядерная физика и технологии» (см. Приложение). Автор данного пособия старший научный сотрудник Объединенного института энергетических и ядерных исследований – Сосны НАН Беларуси, кандидат технических наук Бунин Евгений Николаевич использовал материал авторитетных учебников и собственный опыт расчетных исследовательских и проектных работ разнообразных энергетических установок и в первую очередь ядерных. Преподавание данного спецкурса начинается со II-го семестра (с февраля 2012 года). По мере появления опыта преподавания, содержание лекционного материала будет корректироваться.

Целью преподавания спецкурса является усвоение студентами изначальных термодинамических основ, воплощаемых в тепловых схемах АЭС. Для широкого кругозора будут раскрываться термодинамические циклы и тепловые схемы для разных теплоэнергетических установок (ТЭУ): конденсационных электростанций (КЭС), теплоэлектроцентралей (ТЭЦ), атомных электростанций (АЭС) и атомных теплоэлектроцентралей (АТЭЦ), а для более конкретного изучения будет дан алгоритм и пример термодинамического расчета тепловой схемы первого энергоблока белорусской АЭС.

Основная задача преподавания дисциплины – подготовить специалистов, глубоко понимающих физику технологических процессов преобразования энергии на АЭС от ядерной до электрической и чувствующих связь термодинамических параметров по схеме.

Термодинамический расчет тепловой схемы, будучи первым этапом в полном алгоритме расчета АЭС, подготавливает исходные данные для расчетов других этапов и элементов станции. Набор всех алгоритмов расчета иногда называют математической моделью АЭС. Математическую модель можно трансформировать в компьютерную модель – симулятор режимных и аварийных изменений параметров в схеме АЭС.

Объем лекций, лабораторных и КСР рассчитан на отведенное время и не охватывает всего объема материала, необходимого для глубокого и всестороннего изучения. Поэтому для полного усвоения дисциплины будут указываться ссылки на литературные источники.

Спецкурс носит сугубо расчетный характер, т.е. лабораторное оборудование не требуется. Вероятно, библиотеке университета надо будет приобрести некоторую литературу в необходимом количестве, в первую очередь размножить энтальпийно-энтропийную (i-s) диаграмму для водяного пара.

Лекционный материал будет закрепляться с помощью лабораторных занятий, коллоквиумов и контролируемых самостоятельных работ.

Каждая тема лекции рассчитана на 2 часа.