Министерство образования и науки

Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»

ВОЛГОДОНСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ-

ФИЛИАЛ НИЯУ МИФИ

ТЕРМОДИНАМИКА

Методические указания к индивидуальному домашнему заданию

по курсу «Термодинамика и тепло− и массообмен»

Волгодонск 2011

УДК 621.039.51

Рецензенты: д-р. техн. наук, проф. И.А. Бубликов

д-р. техн. наук. проф. С.Н. Егоров

Кузин С.А., Термодинамика [Текст]: Методические указания к индивидуальному домашнему заданию по курсу «Термодинамика и тепло− и массообмен»/ Сост. С.А. Кузин, Р.П. Заика, П.А. Бударин, С.А. Леонтьев, И.Н. Веселова; М-во образования и науки РФ, Волгодонский институт НИЯУ МИФИ. Волгодонск: ВИТИ НИЯУ МИФИ, 2011. − 60 с. − 50 экз.

Приведены необходимые теоретические сведения для расчета термодинамических циклов и тепловых схем. Дан пример расчета тепловой схемы. Приведены варианты домашних заданий.

Методические указания предназначены для организации самостоятельной работы студентов 3 курсов дневной и вечерней форм обучения специальностей: 14010165 «Тепловые электрические станции»; 14050265 «Котло− и реакторостроение» при выполнении индивидуальных домашних заданий и для проведения практических занятий по дисциплине «Термодинамика».

 Волгодонский институт НИЯУ МИФИ, 2011

 Кузин С.А., Заика Р.П., Бударин П.А.,

Леонтьев С.А., Веселова И.Н., 2011

СОДЕРЖАНИЕ

1.	Введение……………………………………………………………….	4
2.	Термодинамические циклы………………………………………	4
	2.1 Циклы двигателей внутреннего сгорания……………………..	6
	2.2 Циклы газотурбинных установок……………………………..	9
	2.3 Циклы паротурбинных установок…………………………….	12
	2.4 Циклы парогазовых установок………………………………...	14
	2.5 Обратные циклы холодильных установок и теплового насоса	16
3.	Теоретические основы расчета тепловых схем…………………	18
	3.1 Расчет тепловых схем ТЭС и АЭС ……………………………...	18
	3.2 Расчет КПД теплосилового цикла………………………………	23
	3.3 Пример решения задач…………………………………………...	23
4.	Содержание, объем и оформление домашнего задания………	25
	4.1 Термодинамика…………………………………………………...	25
	4.2 ТЭС, АЭС…………………………………………………………	55
	Исходные данные…………………………………………………….	57
	Библиографический список …………………………………………	57
	Приложение 1 ………………………………………………………..	58
	Приложение 2………………………………………………………..	59

1. Введение

Индивидуальное домашнее задание является обязательным для студентов дневной и вечерней форм обучения специальностей 14010165 «Тепловые электрические станции»; 14050265 «Котло− и реакторостроение».

Методические указания посвящены изучению термодинамических циклов и тепловых схем с целью закрепления знаний по курсам «Термодинамика», «ТЭС и АЭС». В рамках занятий по курсу «Термодинамика» проводятся лабораторные работы и практические занятия.

При выполнении домашнего задания по дисциплине «ТЭС и АЭС» достигаются следующие цели:

• выработать устойчивые навыки расчета тепловых схем ТЭС и АЭС;

• обеспечить усвоение и понимание основных теоретических положений курса «ТЭС и АЭС» на основе анализа результатов расчета типовой тепловой схемы с паротурбинной установкой;

• подтвердить основные принципы оптимального построения тепловых схем электростанций на основе проведенных расчетных оценок;

• получить опыт оценки экономичности теплосилового цикла, выполнить анализ влияния параметров цикла на экономичность;

• упрочить навыки пользования справочной литературой;

• установить связь дисциплины «ТЭС и АЭС» с изученными ранее курсами «Термодинамика» и «Тепло− и массообмен».

Методические указания включают в себя схему и варианты параметров исходных данных, а также необходимые теоретические сведения для расчета термодинамических циклов и тепловых схем. Приведен пример расчета тепловой схемы. Представленный объем материала и его построение позволяет использовать методические указания, как для аудиторной, так и для самостоятельной работы студентов.

2. Термодинамические циклы

Термодинамическим циклом называется непрерывная последовательность термодинамических процессов, в результате которых рабочее тело возвращается в исходное состояние. Различаются прямые и обратные циклы.

В прямом цикле (рис. 1,а) к рабочему телу подводится большее количество теплоты q₁ (в процессе 1-а-2) при большей температуре и отводится меньшее количество теплоты q₂ (в процессе 2-b-1) при более низкой температуре; разность этих значений теплоты равна совершенной работе цикла:

.

В основе теплосиловых установок лежат прямые термодинамические

циклы: за счет подвода теплоты q₁ совершается полезная работа _ц.

а) б)

Рис. 1. Прямой (а) и обратный (б) циклы

В обратных циклах (рис. 1,б) к рабочему телу подводится меньшее количество теплоты q₂ (в процессе 1-b-2), а отводится большее количество теплоты q₁ (в процессе 1-а-2) при более высокой температуре. Обратные циклы лежат в основе холодильных установок и тепловых насосов.

Процессы, из которых состоит цикл, могут быть обратимыми и необратимыми. Если все процессы в цикле обратимы, цикл называется обратимым. Если хотя бы один процесс необратим, то и цикл называется необратимым. Эффективность обратимых циклов оценивается:

•для прямых циклов теплосиловых установок − термическим КПД −

;

•для обратимых циклов холодильных установок − холодильным коэффициентом −

;

•для обратных циклов тепловых насосов − отопительным коэффициентом −

.

Для реализации прямых и обратных циклов необходимы два источника теплоты, одним из которых, как правило, является окружающая среда.

На рис. 2 на примере цикла Карно − цикла, состоящего из двух изотерм и двух изоэнтроп, показано, в каком температурном интервале работают теплосиловые (а), холодильные (б) установки, тепловой насос (в). На рис. 2 T_гор и T_хол − температуры тепловых источников, Т₀ − температура окружающей среды. Заштрихованные площади на рис. 2 равны величине полезного эффекта. В обратимом цикле Карно изотермические процессы осуществляются при температурах верхнего и нижнего источников.

Для обратимого цикла Карно:

- термический КПД

;

- холодильный коэффициент

;

- отопительный коэффициент

.

Перечисленные параметры не зависят от свойств рабочего тела.

T

a)

б)

в)

Рис 2. Цикл Карно – цикл теплосиловой (а) и холодильной (б) установок,

теплового насоса (в)