- •Кафедра «Теплоэнергетика»
- •Краткий курс лекций
- •5В071700 - «Теплоэнергетика» направление – «Бакалавриат»
- •Лекция № 1. Тема: основные определения термодинамики.
- •Предмет и метод термодинамики
- •Принцип построения термодинамики
- •Основные понятия и определения термодинамики
- •Лекция № 2. Тема: параметры состояния тела.
- •В настоящее время применяют различные температурные шкалы-Цельсия. Реомюра, Фаренгейта, Ренкина, соотношения между которыми приводятся в таблице 2.3
- •Лекция № 3. Тема: идеальный газ. Основные газовые законы.
- •Лекция № 4. Тема: смеси идеальных газов.
- •Лекция № 5. Тема: теплоемкость газов.
- •Теплоемкость газовой смеси
- •Лекция № 6. Тема: первый закон термодинамики. Внутренняя энергия
- •Теплота
- •Первый закон термодинамики
- •Закон сохранения и превращения энергии :
- •Формулировка и уравнение первого закона термодинамики
- •Энтальпия газов
- •Лекция № 7 Тема: основные термодинамические процессы. Основными термодинамическими процессами являются:
- •Метод исследования процессов состоит в следующем:
- •Политропный процесс ()
- •Тема: второй закон термодинамики.
- •Энтропия идеального газа
- •Тепловая диаграмма (ts-диаграмма)
- •Лекция № 9 Тема: водяной пар. Процессы водяного пара. Уравнение состояния реального газа
- •Водяной пар
- •Сухой насыщенный пар
- •Влажный насыщенный пар
- •Перегретый пар
- •Энтропия пара
- •Лекция № 10 Тема: влажный воздух.
- •Изображение адиабатного процесса
- •Изобарный процесс водяного пара
- •Цикл Карно. Теорема Карно
- •Теорема Карно
- •Лекция № 12. Уравнение первого закона термодинамики для потока. Истечение газов и паров. Дросселирование.
- •Лекция № 13 Тема: циклы поршневых компрессоров, двс, гту.
- •Теоретическая мощность двигателя для привода компрессора
- •Теоретические циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания
- •Циклы газотурбинных установок
- •Лекция № 14
- •1 Паросиловой цикл Ренкина
- •2 Теплофикационный цикл
- •3Регенеративный цикл
- •4 Цикл воздушной холодильной установки
- •Лекция № 15
2 Теплофикационный цикл
В конденсационных установках, которые вырабатывают только механическую (или электрическую) энергию, весь отработавший пар конденсируется охлаждающей циркуляционной водой. Эта вода обычно нагревается до 15-300С и уносит с собой огромное количество теплоты, которое не может быть использовано из-за низкой температуры. Эти потери с охлаждающей водой составляют в конденсационных установках до 60% теплоты, выделяющейся при сгорании топлива.
Использование теплоты, уносимой циркуляционной (охлаждающей) водой, возможно если значительно повысить её температуру за счёт повышения давления отработавшего пара и использовать её для отопления зданий, технологических процессов и т.д.
Таким образом, осуществляется комбинированная выработка электрической и тепловой энергии. Такие установки называются теплофикационнымиилитеплоэлектроцентралями (ТЭЦ).
Повышение протоводавления (конечного давления пара) приводит к уменьшению выработки механической или электрической энергии, но общее использование теплоты при этом значительно повышается.
3Регенеративный цикл
Рисунок 14.5 - Схема установки с регенеративным подогревом питательной воды
Эффективным способом повышения к.п.д. паросиловых установок служит регенерация. На рисунке 11.5 показана схема установки с регенеративным подогревом питательной воды. Эта схема отличается от схемы 11.1 тем, что не весь пар, поступающий в турбину, расширяется до конечного давления, а часть его отбирается при некотором промежуточном давлении и направляется в подогреватель, куда одновременно подаётся конденсат.
4 Цикл воздушной холодильной установки
Холодильные установки служат для искусственного охлаждения тел ниже температуры окружающей среды. Рабочее тело в холодильных машинах совершает обратный круговой процесс, в котором в противоположность прямому циклу затрачивается работа извне и отнимается теплота от охлаждаемого тела.
Рисунок 14.6 - Идеальный цикл холодильных установок (обратный цикл Карно)
Идеальным циклом холодильных установок является обратный цикл Карно (рисунок 14.6). В результате осуществления этого цикла затрачивается работа l0и теплоqот холодного тела переносится к более нагретому телу.
Отношение отведённой от охлаждаемого тела теплоты q0(произведённого холода) к затраченной работеq-q0называетсяхолодильным коэффициентоми является характеристикой экономичности холодильной машины:
(5)
Максимальное значение холодильного коэффициентапри заданном температурном интервале равно холодильному коэффициенту обратного цикла Карно
(6)
Отношение характеризует степень термодинамического совершенства применяемого цикла.
В качестве холодильных агентов применяют воздух и жидкости с низкими температурами кипения: аммиак, углекислоту, сернистый ангидрид, фреоны (галоидные производные насыщенных углеводородов).
На рисунке 14.7 дана схема воздушной холодильной установки.
Рисунок 14.7 - Схема воздушной холодильной установки
1 – охлаждаемое помещение (холодильная камера), в которой по трубам циркулирует охлаждённый воздух;
2 – компрессор, всасывающий этот воздух и сжимающий его;
3 – охладитель, в котором охлаждается сжатый в компрессоре воздух;
4 – расширительный цилиндр, в котором воздух расширяется, совершая при этом работу и понижая свою температуру.
Из расширительного цилиндра холодный воздух направляют в холодильную камеру, где он, отнимая теплоту от охлаждаемых тел, нагревается и вновь поступает в компрессор.
В дальнейшем этот цикл повторяется.
На рисунке 14.8 дан теоретический цикл воздушной холодильной установки вpv-диаграмме.
Рисунок 14.8 - Теоретический цикл воздушной холодильной установки в pv-диаграмме.
Точка 1 характеризует состояние воздуха, поступающего в компрессор; 1-2 – процесс адиабатного сжатия в компрессоре; точка 2 – состояние воздуха, поступающего в охладитель; точка 3 - состояние воздуха, поступающего в расширительный цилиндр; 3-4 – адиабатный процесс расширения; точка 4 – состояние воздуха, поступающего в холодильную камеру; 4-1 – процесс нагревания воздуха в этой камере.
Площадь 1-2-6-5-1 измеряет работу, затраченную компрессорами на сжатие, а площадь 3-6-5-4-3 – работав расширительном цилиндре.
Следовательно, затрата работы в теоретическом цикле воздушной холодильной установки измеряется площадью 1-2-3-4, а количество теплоты, отнятой от охлажденных тел, равно количеству теплоты, воспринятой воздухом в процессе 4-1.
Рисунок 14.9 - Теоретический цикл воздушной холодильной установки в Ts-диаграмме.
Площадь, лежащая под кривой 4-1 соответствует количеству теплоты q0, отведённой от охлаждаемых тел; площадь, лежащая под кривой 4-1, соответствует количеству теплоты, переданной охлаждающей воде в охладителе, а площадь 1-2-3-4-1 – работе, затраченной в цикле.
Холодопроизводительность 1 кг воздухаq0определяется
, (7)
где Т1– температура воздуха, выходящего из холодильной камеры и поступающего в компрессор; Т2– температура воздуха, входящего в холодильную камеру;
- средняя массовая теплоёмкость воздуха при постоянном давлении.
Работа, затраченная компрессором, определяется
, (8)
где Т2– температура воздуха после его сжатия в компрессоре.
Работа, полученная в расширительном цилиндре, определяется
, (9)
где Т3– температура воздуха перед расширительным цилиндром.
Работа, затраченная в цикле, определяется
(10)
Расход холодильного агентаопределяется
, (11)
где Q0иq0– соответственно холодопроизводительность установки и холодопроизводительность 1кг воздуха,и.
Холодильный коэффициент
(12)
Теоретическая мощность, необходимая для привода компрессора, кВт, определяется
(13)
Основным недостатком воздуха как холодильного агента является его малая теплоёмкость, а следовательно, и малое количество теплоты, отнимаемой от охлаждаемого тела одним килограммом агента. Из-за этого, а также других причин воздушные холодильные установки в настоящее время не имеют широкого распространения.