- •Міністерство освіти і науки україни
- •Теплотехніка Теоретичні, практичні та довідкові матеріали Навчально-методичний посібник для самостійного опанування
- •Ардашев в.О., п’ятак о.В. “Теплотехніка. Теоретичні, практичні та довідкові матеріали”. Навчально-методичний посібник для самостійного опанування. – Херсон, хнту, 2008. - 188 с.
- •1. Параметри стану робочих тіл
- •1.1. Основні розрахункові рівняння
- •У бас: Од. Маси – 1 фунт (lbm). Сила - паундаль
- •Для двох різних станів газу
- •Газові суміші
- •Ентропія суміші
- •Ентропія змішування
- •Розв’язання задач
- •1.3. Задачі для самостійного розв’язання
- •Питання для самоперевірки та контролю засвоєння знань
- •2. Перший та другий закони термодинаміки
- •2.1.Основні розрахункові рівняння
- •2.1.1. Перший закон
- •2.1.2. Другий закон
- •2.2. Розв’язання задач
- •Незалежність теплоємності від температури
- •Лінійна залежність
- •3. Нелінійна залежність
- •2.3. Задачі для самостійного розв’язання
- •Питання для самоперевірки та контролю засвоєння знань
- •3. Термодинамічні процеси ідеальних газів
- •Основні розрахункові рівняння
- •Теплоємність суміші газів
- •3.2. Розв’язання задач
- •3.3. Задачі для самостійного розв’язання
- •3.4. Питання для самоперевірки та контролю засвоєння знань
- •4. Термодинамічні процеси водяної пари
- •4.1. Основні розрахункові рівняння
- •4.2. Розв’язання задач
- •Довжина колектора
- •4.3. Задачі для самостійного розв’язання
- •Питання для самоперевірки та контролю засвоєння знань
- •5. Термодинамічні процеси вологого повітря
- •5.1. Основні розрахункові рівняння
- •5.2. Розв’язання задач
- •Кількість вологи у повітрі при початкових параметрах
- •У загальному випадку точка суміші визначається за правилом важеля:
- •1. Визначення параметрів повітря в характерних точках процесу
- •2. Витрати теплоти на нагрівання повітря в калорифері
- •3. Побудова процесів вологого повітря в і-d діаграмі
- •4. Кількість вологи, відібраної від пряжі в сушарці
- •5. Витрати теплоти і кількість відібраної вологи при відсутності процесу змішування потоків повітря
- •5.3. Задачі для самостійного розв’язання
- •Питання для самоперевірки та контролю засвоєння знань
- •6. Цикли теплових двигунів
- •6.1. Прямі і необоротні термодинамічні цикли
- •6.2. Процеси стиснення в компрессорах
- •6.3. Цикли двигунів внутрішнього згоряння
- •6.4. Цикли газотурбінних установок
- •6.5. Цикл Ренкіна паросилової установки
- •6.6. Цикл парокомпресійної холодильної установки
- •6.7. Розв’язання задач
- •1. Розрахунок параметрів стану в характерних точках
- •2. Розрахунок робіт компресора
- •К.К.Д. Компресора та потужність приводу
- •Параметри стиснення в трьохступінчастому компресорі
- •5. Побудова діаграм
- •1. Розрахунок термічних параметрів стану в характерних точках циклу
- •Зображення циклу в р-V і t-s координатах
- •2. Визначення термічного к.К.Д. І роботи циклу
- •3.Порівняння термічного к.К.Д. Циклу гту з термічним к.К.Д. Циклу Карно
- •Побудова циклу в p-V і t-s координатах
- •6. Порівняння термічного к.К.Д. Розрахованого циклу з термічним к.К.Д. Циклу двигуна внутрішнього згоряння
- •Зображення циклу в p-V і т-s координатах
- •Розрахунок параметрів стану в характерних точках циклу
- •Розрахунок кількості теплоти, роботи і зміни внутрішньої енергії в термодинамічних процесах, що складають цикл
- •Визначення термічного і внутрішнього к.К.Д. Циклу
- •4. Порівняння термічного к.К.Д. Даного циклу з термічним к.К.Д. Циклу Карно
- •5. Побудова розрахованого циклу в р-V і т-s координатах
- •6. Розрахунок зміни термічного к.К.Д. Циклу при зміні тиску і температури пари перед турбіною і зниження тиску пари, що відробило, після турбіни
- •7. Розрахунок годинної витрати палива
- •Визначення параметрів стану в характерних точках циклу
- •Розрахунок питомої холодопродуктивності, кількості теплоти, відданої в навколишнє середовище, витрат роботи в компресорі, холодильного коефіцієнта, роботи циклу
- •3. Побудова розрахованого циклу в р-V і т-s координатах
- •4. Побудова залежності холодильного коефіцієнта від витрат роботи в компресорі
- •5. Розрахунок витрати холодильного агента, витрати холодної води на конденсатор і теоретичної потужності приводу компресора
- •6. Побудова циклу холодильної установки в р-I діаграмі
- •6.8. Задачі для самостійного розв’язання
- •6.9. Питання для самоперевірки та контролю засвоєння знань
- •7. Процеси теплопередачі
- •7.1. Основні розрахункові рівняння
- •7.2. Розв’язання задач
- •7.3. Задачі для самостійного розв’язання
- •7.4. Питання для самоперевірки та контролю засвоєння знань
- •8. Конвективні процеси переносу теплоти
- •8.1. Основні розрахункові рівняння
- •8.2. Розв’язання задач
- •Розв’язання: Визначальна температура рідини
- •Визначаємо, чи має місце вплив конвекції на теплообмін у трубі. Визначальна температура
- •Коефіцієнт тепловіддачі від поверхні теплообмінника до повітря
- •Критична густина теплового потоку
- •8.3. Задачі для самостійного розв’язання
- •8.4. Питання для самоперевірки та контролю засвоєння знань
- •9. Процеси теплообміну випромінюванням
- •9.1. Основні розрахункові рівняння
- •9.2. Види променистих потоків
- •9.3. Теплообмін між тілами довільно розміщеними у просторі
- •9.4. Розв’язання задач
- •9.2. Задачі для самостійного розв’язання
- •9.4. Питання для самоперевірки та контролю засвоєння знань
- •10. Теплообмінні апарати
- •10.1. Основні розрахункові рівняння Рівняння теплового балансу:
- •Довжина трубок
- •10.2. Розв’язання задач
- •Живий перетин трубок
- •Еквівалентний діаметр міжтрубного простору
- •Розрахунок
- •Розрахунок коефіцієнта тепловіддачі від гарячої води до стінки труби (міжтрубний простір)
- •Розрахунок коефіцієнта тепловіддачі від стінки до холодної води (внутрішній простір труб)
- •Розрахунок величини поверхні нагрівання
- •Елементи конструктивного розрахунку теплообмінника Довжина трубок поверхні теплообмінника
- •Підбір теплообмінника
- •Характеристика теплообмінника
- •Розрахунок коефіцієнта тепловіддачі від гарячої води до внутрішньої поверхні труби
- •Розрахунок коефіцієнта тепловіддачі від ребристої поверхні до повітря
- •Теплова продуктивність однієї секції калорифера
- •10.3. Задачі для самостійного розв’язання
- •10.4. Питання для самоперевірки та контролю засвоєння знань
- •11. Процеси згоряння палива
- •11.1. Основні розрахункові рівняння
- •11.2. Розв’язання задач
- •11.3. Розв’язання задач самостійно
- •11.4. Питання для самоперевірки та контролю засвоєння знань
- •12. Тепловий баланс котлоагрегата
- •12.1. Основні розрахункові рівняння Теплота, що вноситься в топку котла (розпоряджувальна теплота)
- •Тепловий баланс може бути записаний
- •Розв’язання задач
- •Вихідні дані до складання теплового балансу
- •12.4. Питання для самоперевірки та контролю засвоєння знань
- •Література
- •Додатки
- •Приставки для утворення кратних і часткових одиниць
- •Молекулярні маси, густини та об’єми кіломолей при нормальних умовах і газові сталі найважливіших газів
- •Інтерполяційні формули для середніх масових та об’ємних теплоємностей газів
- •Теплоємність кисню1
- •Теплоємність водяної пари
- •Теплоємність повітря
- •Теплоємність азоту
- •Теплоємність окису вуглецю
- •Теплоємність водню
- •Теплоємність вуглекислого газу
- •Теплоємність сірчистого газу
- •Насичена водяна пара (по температурам) параметри надані в одиницях системи сі
- •Насичена водяна пара (по тискам) параметри надані в одиницях системи сі
- •Вода та перегріта водяна пара параметри надані в одиницях системи сі (числа зліва від східчастої лінії відносяться до води)
- •Густина та парціальний тиски повітря
- •Насичена водяна пара аміаку (нn3)
- •Насичена пара вуглекислоти (со2)
- •Фізичні властивості води на лінії насичення
- •Термодинамічні властивості перегрітої пари фреону-22
- •Значення параметрів а і в при конденсації водяної пари
- •Дані для визначення діаметра d' кожухотрубного теплообмінника
- •Технічна характеристика водоводяних підігрівників
6.5. Цикл Ренкіна паросилової установки
Принципова схема паросилової установки
Рис. 6.9. Принципова схема паросилової установки
Перед початком роботи паровий котел 1 заповнюється хімічно очищеною водою. Потім, вода у котлі нагрівається до температури кипіння і кипить. Утворена пара відділяється від рідини у барабані котла і у вигляді вологої насиченої надходить у пароперегрівник 2, розташований у газоході котла, де перегрівається. Перегріта пара з параметрами p1, t1, i1 надходить у парову турбіну 3, де адіабатно розширюється в соплах і на лопатках турбіни. При цьому теплота пари перетворюється в механічну енергію обертання ротора турбіни, зв'язаного з ротором електрогенератора 4. В електрогенераторі механічна енергія перетворюється в електричну, яка направляється до споживача. Відпрацьована пара з параметрами p2, t2, i2 надходить у конденсатор 5, де за рахунок відведення теплоти холодною водою конденсується. Конденсат з параметрами p2, t2, i΄2 підвищує тиск до p1 у насосі 6 і направляється в паровий котел. Втрати пари поповнюються за рахунок подачі у барабан котла води, яка пройшла механічну та хімічну очистку у цеху водопідготовки.
Цикл Ренкіна
Рис. 6.10. Цикл Ренкіна в Р-v і Т-s координатах.
1-2 – адіабатне розширення пари в турбіні 3.
2-2 – ізобарно-ізотермічний процес конденсації пари в конденсаторі 5, відведення теплоти q2 у циклі;
3-4 – підвищення тиску конденсату в насосі 6;
4-5 – ізобарний нагрівання води до температури кипіння в паровому котлі;
5-6 – ізобарно-ізотермічний процес пароутворення в котлі;
6-1 – ізобарний процес перегріву пари в пароперегрівнику 2.
Теплота q1 підводиться в процесах 4-5, 5-6, 6-1 і відповідає площі а-4-5-6-1-b-а, теплота q2 приділяється в процесі 2-3 і відповідає площі а-3-2-b-а. Робота циклу – площа 1-2-3-4-5-6-1.
Термічний к.к.д. циклу Ренкіна
де і1 – ентальпія пари перед турбіною, кДж/кг;
і2 – ентальпія пари після турбіни кДж/кг;
і'2 – ентальпія конденсату, що надходить у котел, кДж/кг.
Значення ентальпій при розрахунку циклу Ренкіна зручно визначати по i-s діаграмі. Цикл Ренкіна в i-s діаграмі зображений на рис. 6.11.
Рис. 6.11. Цикл Ренкіна в i-s діаграмі.
При зображенні циклу процес стискування конденсату в насосі (див. рис. 6.10 – процес 3-4) зведений в одну точку 3, тому що лінія 3-4 має дуже малу довжину.
У дійсних циклах розширення пари в турбіні супроводжується втратами на тертя, у результаті чого процес розширення проходить не по адіабаті 1-2, а по політропі 1-2д, ентальпія пари на виході з турбіни підвищується. Тоді внутрішній к.к.д. циклу Ренкіна
Теоретична витрата пари в кілограмах на кіловат-годину
кг/(кВтгод.)
де D0 – година витрата пари;
N – вироблена електроенергія.
Для підвищення теплової ефективності паросилових установок застосовується: регенеративний цикл, цикл із вторинним перегрівом пари, теплофікаційний цикл, парогазовий і бінарний цикли.
Теплові електростанції ТЕС, що виробляють тільки електричну енергію називаються конденсаційними, КЕС. Якщо на станції виробляється електрична і теплова енергія, то таку станцію називають ТЕЦ – теплоелектроцентраль. ТЕЦ працюють по теплофікаційному циклі, відповідно до якого в циклі Ренкіна підвищують тиск і температуру відпрацьованої у турбіні пари. Цю пару використовують для нагрівання води, що циркулює в системах опалення, а також для паропостачання підприємств. Підвищення протитиску (тиск пари після турбіни) приводить до зменшення вироблення електричної енергії, але загальне використання теплоти при цьому підвищується. Одночасне вироблення теплової та електричної енергії на ТЕЦ називають комбінованим способом виробки теплоти та електричної енергії. Вироблення електроенергії на КЕС, а теплоти у вигляді пари та гарячої води на місцевій або районній опалювальній котельнях називають роздільним способом виробки теплоти та електричної енергії.
Годинна витрата палива В на ТЕС
де Q – використана теплота, кДж/год.;
Qнр – нижча теплота згоряння палива, кДж/год.;
ку – к.к.д. котлової установки.