1.18 Таблицы воды и водяного пара в состоянии насыщения

В 50-е годы работами ученых, под руководством академика Вукаловича, значительно уточнили и расширили таблицы. Таблицы составлены от самых низких давлений до 1000 бар и температур до 1000^оС. Таблицы имеют два входа (по Р и по t) для влажного насыщенного пара и по (Р и t) для перегретого пара.

Расчет процессов по Hs-диаграмме отличается простотой и наглядностью, а по таблицам – более точные результаты.

Удельный объем v_x , энтропия h_x и энтальпия s_x влажного насыщенного пара определяется следующим образом.

Если 1 кг влажного насыщенного пара содержит (х) кг сухого насыщенного пара и (1-х) кг насыщенной жидкости, то

v_x=v″x + v^′ ( 1 - x )

h_x=h″ x + h′ ( 1 – x ) = h′ + rx (1.42)

s_x=s″ x + s^′ ( 1 – x ) = s′ + rx/t_{насыщения}

1.19 Основные термодинамические процессы с водяным паром

Для анализа работы паросиловых установок большое значение имеют изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный процессы.

Для всех процессов изменение внутренней энергии определяется по формуле:

∆u=u₂-u₁=(h₂ – p₂v₂) – (h₁ – p₁v₁) (1.43)

Изохорный процесс (v=const) в рv, Тs и Hs – диаграммах представлен на рис.1.11.

Рис.1.11. Изображение изохорного процесса в рv, Тs и Hs - диаграммах

Внешняя работа в изохорном процессе равна нулю (l=0), и вся теплота, подведенная к рабочему телу, расходуется на изменение внутренней энергии, т.е. dq=du и определяется площадью под кривой процесса в Тs – диаграмме (рис.1.11).

Изобарный процесс (р=const) в рv, Тs и Hs – диаграммах представлен на рис.1.12.

Рис.1.12. Изображение изобарного процесса в рv, Тs и Hs - диаграммах

Работа в изобарном процессе определяется по формуле:

l=p (v₂ – v₁)

и численно равна площади под кривой процесса в рv – диаграмме (рис.1.12).

Подведенное удельное количество теплоты равно:

q=h₂ – h₁

определяется площадью под кривой процесса в Тs – диаграмме (рис.1.12).

Изотермический процесс (Т=const) в рv, Тs и Hs – диаграммах представлен на рис.1.13.

Рис.1.13. Изображение изотермического процесса в рv, Тs и Hs – диаграммах

Работа в изотермическом процессе определяется по формуле

l=q - ∆u

и численно равна площади под кривой процесса в рv – диаграмме (рис.1.13).

Подведенное в процессе удельное количество теплоты равно:

q=T (s₂ – s₁)

определяется площадью под кривой процесса в Тs диаграмме (рис.1.13).

Адиабатный процесс (dq=0) в рv, Тs и Hs – диаграммах представлен на рис.1.14.

Рис.1.14. Изображение адиабатного процесса в рv, Тs и Hs – диаграммах

Удельная работа определяется:

l=∆u= u₂-u₁

и численно равна площади под кривой процесса в рv – диаграмме (рис.1.15).

1.20 Паросиловые установки

Энергетическое хозяйство нашей страны в основном базируется на преобразовании теплоты в механическую работу, а затем обычно в электрическую энергию. Процессы преобразования теплоты, полученной при сгорании топлива в механическую работу осуществляются в паросиловых установках, рабочим телом в них служит водяной пар.

Основным циклом паросиловых установок является цикл Ренкина. На рисунке 1.15 приведена принципиальная схема паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина и ее термодинамический цикл.

В паровом котле 1 вода при постоянном давлении нагревается до температуры насыщения (кипения) t_Н (линия 4-5), затем в результате подвода теплоты происходит изобарно-изотермический процесс парообразования (линия 5-6).

В пароперегревателе 2 происходит перегрев пара (изобарный процесс 6-1) - повышения температуры пара выше t_Н от состояния сухого насыщенного пара (точка 6) до заданной температуры перегрева (точка 1). В паровой турбине 3 перегретый пар поступает на рабочие лопатки паровой турбины, где расширяется адиабатно (линия 1-2), производит полезную механическую работу, которая трансформируется генератором в электрическую энергию.

Конденсат насосом 5 изохорно (ввиду несжимаемости воды) перекачивается в паровой котел (линия 3-4).

Р

Н

ис. 1.14.Схема паросиловой установки и цикл Ренкина на перегретом паре в рv, Тs и Hs- диаграммах

Процесс 4-5 нагрева конденсата до температуры t_Н совпадает в Ts-диаграмме с нижней пограничной кривой (x = 0). Далее цикл повторяется.

Теплота подводится в процессах 4-5, 5-6, 6-1. Отводится в процессе 2-3. Работа может быть представлена площадью 1-2-3-4-5-6 и отрезком 1-2 в H-s диаграмме (если пренебречь работой, затрачиваемой в насосе).

Термический КПД цикла Ренкина можно определить по формуле

Теплоту q₁, сообщенную 1 кг пара в паровом котле (с учетом перегрева) по изобаре 4-5-6-1, определяют по формуле

Теплоту q₂, теряемую в конденсаторе с охлаждающей водой по изобаре 2-3, находят по формуле

Тогда работа цикла Ренкина , если пренебречь работой, затраченной в насосе (величина которой незначительна) будет равна работе турбины:

Так как , то

Тогда _(1.44)

Термический КПД цикла Ренкина равен 35. ..40%.