- •Розрахунковий варіант
- •Робоче завдання
- •Робоче тіло – ідеальний газ.
- •Маса ідеального газу.
- •Визначення параметрів стану в початковій точці циклу
- •Визначимо основні параметри станів по графікам процесів
- •Визначимо параметри стану в точці 2
- •Визначимо параметри стану в точці 3
- •Визначимо параметри стану в точці 4
- •Визначимо параметри стану в точці 5
- •Зображення циклу ідеального газу pv- I Ts- діаграмах
- •Розрахунок процесів, що входять до циклу
- •Процес 1-2
- •Процес 2-3
- •Процес 3-4
- •Процес 4-5
- •Процес 5-1
- •Розрахунок циклу за іі законом термодинаміки
- •Маса водяної пари
- •Параметри стану водяної пари у початковій точці 1
- •Параметри водяної пари в точці 2
- •Параметри водяної пари в точці 3
- •Параметри водяної пари в точці 4
- •Параметри водяної пари в точці 5
- •Розрахунок процесів водяної пари
- •Процес 1-2
- •Процес 2-3
- •Процес 3-4
- •Процес 4-5
- •Процес 5-1
- •Аналіз циклу водяної пари за іі законом термодинаміки
- •Ексергетична оцінка
-
Аналіз циклу водяної пари за іі законом термодинаміки
Знайдемо основні величини, які характеризують тепломеханічний цикл водяної пари. Теплота, яка підводиться від гарячого тіла до робочого тіла у циклі дорівнює:
Q1 = Q2-3 = 7998,86 кДж
Теплота, яка відводиться від робочого тіла холодному джерелу у циклі становить:
Q2 = Q3-4 + Q4-5 + Q5-1 = -1213.43 – 1912.85 – 3163.57 = -5813,399 кДж
Корисна робота циклу та термічний коефіцієнт корисної дії знайдемо з рівнянь:
Lц = | Q1| - |Q2| = 7998,86 – 5813,39 = 2185,47 кДж
ηt = Lц / Q1 = 2185,47 / 7998,86 = 0.27 або 27%
Термічний коефіцієнт Карно:
ηtк=( 1 - 100% = (1 – (483 / 761,75))100% = 36.6%
Отримані результати свідчать що незалежно від природи робочого тіла, ідеальний газ чи водяна пара, цикл Карно є найефективнішим.
-
Ексергетична оцінка
Мірою, яка характеризує якісне перетворення будь-якого виду енергії, а отже досконалість установки, у якій це перетворення відбувається, є ексергія.
Для проведення ексергетичної оцінки теплообмінного агрегату задамося на основі літературних джерел наступними параметрами:
-
Температура навколишнього середовища
-
Відсоток витрат теплоти теплообмінника агрегатом у навколишнє середовище I = 3%
-
Зміна ентропії гарячого носія теплообмінного пристрою ∆h = ∆Sг = 7 кДж/K
Знайдемо кількість теплоти, що передається до водяної пари у теплообмінному агрегаті. Для цього розглянемо термодинамічний цикл, який здійснюється водяною парою.
Кількість теплоти, яку отримує водяна пара у теплообмінному апараті, дорівнює теплоті процесів Q2-3.
Це тому, що тільки у цих процесах циклу ентропія водяної пари збільшується.
Ця кількість теплоти Q2-3 = 7998,86 кДж
Знаючи відсоток витрат у теплообмінному апараті, знаходимо наявну кількість теплоти у теплообміннику.
Qн = Q2-3/(100% - i) 100% = 7998,86 / (1 – 0.04)= 8332,14 кДж
Розрахуємо енергію цієї теплоти згідно за формулою:
E1 = Qн(1 – (/)) = 8332,14 (1 – 300 /1190,305) = 6232,138 кДж
де - середньо-термодинамічна температура гарячого теплоносія
= Qн/ ∆Sг = 8332,14 / 7 = 1190,305 кДж
Щоб розрахувати ексергетичний ККД (ηекс = 1- (E2 / E1)), необхідно знати ексергію теплоти утвореної водяної пари, яка виходить з установки
E2 = Qн(1 – (/)) = 8332,14( 1 – (300/746,75))=4984,778 кДж
де температура водяної пари, що залишає теплообмінний агрегат. Ця температура збігається з кінцевою температурою процесу 2-3 ізотермічного розширення робочого тіла.
Отже,
= 473,75 + 273К = 746,75 К
Обчислимо ексергетичний ККД
ηекс = E2 / E1 = 4984,778/ 6232,138 = 0.799 або 79,9 %
Визначимо традиційний ККД теплообмінного агрегату, який розраховується як відношення теплоти, яку корисно використано, до підведеної теплоти:
ηт.у. = Q1/ Qн = Q2-3 / Qн = 7998,86 / 8332,14 = 0.96 або 96 %
Очевидно, що:
ηт.у. > ηекс
Таким чином, з точки зору передачі теплоти, теплообмінний агрегат є достатньо ефективним апаратом, а з точки зору працездатності робочого тіла (ексергії), його не можна вважати досконалим пристроєм тому, що відсоток знецінювання енергії робочого тіла є достатньо високим – 16,1 %