Вопрос № 1 Как определяется термический к.П.Д. Цикла Ренкина. Назовите способы его повышения.

Термический к.п.д. цикла Ренкина определяется в виде отношения полезной работы цикла l_ц ко всей затраченной в цикле теплоты q₁:

Подведенная в цикле теплота определяется по формуле:

.

Теоретическая работа цикла: ;

=> . При невысоких давлениях работой питательного насоса можно пренебречь, тогда

Из формулы видно, что увеличение термич. к.п. д. можно достигнуть  начальных параметров и  конечных, рассмотрим из влияние.

1.  начального давления пара р₁ при неизменной начальной температуре Т₁ позволяет значительно  кпд цикла Ренкина. Т.к. при  начальной температуры  средняя температура подвода теплоты в котле, т.к. при  давления  температура кипения воды ⇒  потери от необратимости теплообмена при конечной температуре.

Однако  начального давления приводит к степени сухости пара на выходе из турбины, что неблагоприятно сказывается на работе последних ступеней лопаток турбины, вызывая их эрозию от работы во влажном паре.

2. начальной температуры пара при неизменном давлении также происходит  кпд. Это связано с  среднеинтегральной температуры подвода теплоты и с  адиабатного теплоперепада в процессе на лопатках турбины. Кроме того,  начальной температуры приводит к  степени сухости пара на выходе из турбины. В связи с чем  на­чального давления, приводящее к  степени сухости, целесооб­разно проводить совместно с повышением начальной температуры.

3.  конечного давления значительно  адиабатный теплоперепад и  среднеинтегральная температура отвода теплоты, что приводит к  потери работоспособности от необратимого теплообмена в конденсаторе.

Вопрос № 2 Постройте и опишите цикл Ренкина в p-V, t-s, I-s диаграммах.

1–2 – адиабатный процесс расширения пара в турбине;

2–3 – изобарно–изотермический процесс конденсации пара в конденсаторе;

3–4 – адиабатное сжатие воды в питательном насосе и подача ее в котел;

4–5 – изобарный процесс подогрева пара в котле;

5–6 – изобарно–изотермический процесс парообразования в котле:

6–1 – изобарный процесс перегрева пара в п/п.

Вопрос № 3

Опишите фазовую р-v диаграмму воды, назовите физический смысл тройной и критической точек.

Н а рисунке представлена фазовая р-V диаграмма, которая представляет собой график зависимости удельного объема воды и водяного пара от давления.

Кривая АF представляет зависимость уд. объема от давления при температуре

t=0 °С, т.е. это изотерма воды при нулевой температуре. Область, заключенная между этой изотермой и осью ординат, является областью равновесного сосуществования жидкой и твердой фаз. Кривая АF почти параллельна оси ординат, т.к. вода практически несжимаема. Поэтому v₀ в процессе сжатия изм-ся незначительно.

При нагреве воды при некотором постоянном давлении р уд. объем будет увеличиваться и при достижении температуры кипения в точке А' уд. объем v' жидкости становится максимальным. С увеличением давления температура кипения возрастает и уд. объем v' в точке А'' будет больше, чем в точке А'.

АК – пограничная кривая жидкости (степень сухости x=0);

Дальнейший подвод к жидкости теплоты при неизменном давлении приводит к процессу парообразования (линия А'В'), который заканчивается в точке В'. Пар в этой точке будет сухим насыщенным с уд. объемом v''. Процесс А'В' является одновременно изобарным и изотермическим.

КВ – пограничная кривая пара (x=1).

В'D – процесс перегрева пара;

Таким образом кривые АК и КВ делят область диаграммы на три части. Левее кривой АК расположена область жидкости. Между кривыми АК и КВ расположена область двухфазной системы, включающей пар и жидкость. Правее кривой КВ и выше точки К расположена область перегретого пара.

Точка К называется критической точкой – такая точка, в которой сухой пар имеет такую же плотность, что и кипящая вода и, таким образом, исчезает различие между жидкой и паровой фазами. Параметры критической точки: t = 374,16°С, р=22,12 МПа, v=0,0032 м³/кг, i=2095,2 кДж/кг.

Точка А характеризует состояние кипящей жидкости в тройной точке. Температура кипения в этой точке 0,001 °С = 0 °С. В тройной точке в термодинамическом равновесии находятся три различные фазы вещества – твердая, жидкая, газ. Параметры тройной точки: t = 273,15 К, р = 611 Па.

Вопрос № 4

Изобразить процесс получения перегретого пара в p-v ,T-s, i-s диаграмме.

1–2 – адиабатный процесс расширения пара в турбине;

2–3 – изобарно–изотермический процесс конденсации пара в конденсаторе;

3–4 – адиабатное сжатие воды в питательном насосе и подача ее в котел;

4–5 – изобарный процесс подогрева пара в котле;

5–6 – изобарно–изотермический процесс парообразования в котле:

6–1 – изобарный процесс перегрева пара в п/п.

Вопрос № 5

Запишите первый закон термодинамики в абсолютных, удельных величинах и через энтальпию.

Первый закон термодинамики в общем смысле представляет собой закон сохранения и превращения энергии

Формулировки:

1. Все виды энергии могут взаимно превращаться в строго равных друг другу количествах, т.е. энергия не возникает из нечего и не исчезает, а переходит из одного вида в другой (з–н сохранения энергии).

2. Невозможно построить такую периодически действующую машину, с помощью которой можно было бы получить полезную работу без затраты энергии из вне, т.е. черпая энергию из ничего. Подобное устройство называется вечным двигателем первого рода, построение и работа которого в соответствии с законом сохранения энергии невозможно.

3. Внутренняя энергия полностью изолированной системы есть величина постоянная.

в абсолютных величинах :

Q= U+L,

где Q- количество теплоты; U-изменение внутренней энергии; L - работа. (Теплота тратится на изменение внутренней энергии и на совершение работы).

в удельных величинах:

q= u+l,

где q= Q/m; u= U/m: l=L/m- удельные количество теплоты, изменение внутренней энергии и работы, m –масса тела.

через энтальпию:

l=l₀-P₁V₁+P₂V₂

– располагаемая работа с учетом поступления и удаления рабочего тела из машины.

q=