3 .3 Циклы и кпд пту

1.Известно, что наивысшее значение термического КПД имеет цикл Карно, состоящий из двух изотерм и двух изоэнтроп. Но свойства водяного пара таковы, что в результате изоэнтропийного Изменение электрического КПД при изменении единичной мощности конденсационных паротурбинных установок

сжатия невозможно подогреть воду до наивысшей температуры цикла; поэтому идеальным термодинамическим циклом тепловой электростанции является не цикл Карно, а цикл Ренкина, в котором увеличение энтальпии воды до значения, соответствующего температуре насыщения, происходит практически по нижней пограничной кривой. В связи с этим термический КПД идеального цикла Ренкина η_t меньше, чем для цикла Карно.

2 .КПД ПТУ в части генерации электроэнергии самый низкий из всех рассматриваемых технологий и составляет от 7 до 39%, но в составе теплофикационных систем суммарная эффективность паротурбинной установки может достигать 84% в расчете на условную единицу израсходованного топлива.

3.Для цикла Ренкина на перегретом паре, как и для цикла Карно, термический КПД тем выше, чем больше начальная температура пара. Но для цикла Ренкина на насыщенном паре зависимость термического КПД от начальной температуры пара неоднозначна, так как для насыщенного пара неоднозначна зависимость его энтальпии от температуры кипения. Термический КПД для турбины на насыщенном паре в зависимости от начального давления

Основным циклом в паротурбинной установке является цикл Ренкина.

Термический к.п.д. цикла Ренкина определяется по уравнению:

h_t = (q₁ – q₂)/q₁ .

Так как: q₁ = h₁ – h₃ ; q₂ = h₂ – h₂^/ , то h_t = [(h₁ – h₂) - (h₃ – h₂^/)] /( h₁ – h₃) = l / q₁.

Полезная работа цикла равна разности работ турбины и насоса: l = l_т – l_н , где: l_т = h₁ – h₂ , l_н = h₃ – h₂^/ . В основном l_т >> l_н , тогда считая h₃ = h₂^/ , можно записать:

h_t = (h₁ – h₂)/( h₁ – h₃) . Теоретическую мощность турбины рассчитывают по формуле:

N_т = (h₁ – h₂)·D/3600 , [Вт]

где: D = 3600·m – часовой расход, [кг/ч] m – секундный расход, [кг/с] Цикл Ренкина на перегретом паре применяется для увеличения термического к.п.д. цикла ПТУ. Для этого перед турбиной ставят перегреватель, который увеличивает температуру и давление пара. При этом возрастает средняя температура подвода теплоты в цикле. Диаграмма цикла показана на рис. б Формулы расчета l, h_t, N_т остаются без изменений.

П роцессы:  3-1 – подвод теплоты от источника в воде q₁, состоит из двух процессов: 3-3^/ - кипение воды в котле; 3^/-1 – испарение воды в пар при постоянном давлении; 1-2 – в турбине пар расширяется адиабатически; 2-2^/ -пар конденсируется и отдает тепло q₂ охлаждающей воде; 2^/-3 – конденсат адиабатически сжимается.

Цикл Ренкина а)на насыщенном паре б) на перегретом паре

4 .Сопла, процессы преобразования энергии в них

Сопло́, в некоторых источниках дю́за (нем. Düse)— канал переменного поперечного сечения, предназначенный для разгона жидкостей или газов до определенной скорости и придания потоку требуемого направления.

Принцип действия сопла основан на непрерывном увеличении скорости жидкости или газа в направлении течения от входного до выходного сечения. Для обеспечения течения жидкости (газа) необходим перепад давления с превышением его на входном сечении.

В зависимости от скорости истечения жидкости или газа различают дозвуковое и сверхзвуковое сопло. Для дозвукового сопла характерно равенство давлений на выходе сопла и в окружающей среде. В таком сопле при возрастании давления на входе сопла и постоянном давлении окружающей среды скорость в выходном сечении сначала увеличивается, а затем при определенном значении входного давления становится постоянной и не изменяется при дальнейшем увеличении давления на входе. При этом скорость истечения равна местной скорости звука и называется критической.

Критическое отношение давлений:

Сопло́ Лава́ля (сверхзвуковое)— техническое приспособление, разгоняющее проходящий по нему газовый поток до сверхзвуковых скоростей.

С опло представляет собой канал, суженный в середине. В простейшем случае такое сопло может состоять из пары усечённых конусов, сопряжённых узкими концами. Эффективные сопла современных ракетных двигателей профилируются на основании газодинамических расчётов:

(где А-площадь сечения сопла; М-число Маха, равное отношению локальной скорости к скорости звука; x-ось симметрии сопла)

Заметим, что при увеличении скорости газа в сопле знак

выражения    положителен и, следовательно, знак

п роизводной    определяется знаком выражения : 

-При дозвуковой скорости движения газа  , производная     — сопло сужается

-При сверхзвуковой скорости движения газа  , производная     — сопло расширяется.

-При движении газа со скоростью звука  , производная    — площадь поперечного сечения достигает экстремума,

то есть имеет место самое узкое сечение сопла, называемое критическим.

Перемещаясь по соплу, газ расширяется, его температура и давление падают, а скорость возрастает (по закону Бернулли давление должно возрасти, скорость — упасть). Внутренняя энергия газа преобразуется в кинетическую энергию его направленного движения. КПД этого преобразования в некоторых случаях (например, в соплах современных ракетных двигателей) может превышать 70 %, что значительно превосходит КПД реальных тепловых двигателей всех других типов.

формула расчёта линейной скорости истечения газа из сопла

Л аваля: где — Скорость газа на выходе из сопла, м/с;

pe— абсолютное давление газа на выходе из сопла, Па

p— Абсолютное давление газа на входе в сопло, Па