63. Процессы парообразования, определение параметров насушенного пара, диаграмма h-s.

В озьмём один килограмм жидкости при температуре равной нулю и каком-то давлении .

При нагреве растут, и температура, и объём – точка . В точке начинается кипение. Давление - , температура равняется температуре насыщения - . В точке - появляется сухой насыщенный пар, давление - , температура . В точке образуется перегретый пар, давление - , температура равняется температуре перегретого пара .

Степень сухости: , где - масса кипящей жидкости, - масса сухого пара.

Влажность: .

Насыщенный пар.

Давление насыщения: .

Температура насыщения: .

Теплота фазового перехода: , при этом теплота фазового перехода зависит от давления, то есть - уравнение фазовых переходов.

Определение параметров насыщенного пара.

Дано давления - и степень сухости .

Любую характеристику можно определить, как .

Например:

Удельный объём: .

Энтальпия: .

Энтропия:

.

Для полного испарения: .

Диаграмма для водяного пара:

- степень перегрева

64.Классификация гту:

1. По термодинамическому признаку:

   1. Г ТУ, работающие по циклы Гемфри (1-2-3-4). . ГТУ такого типа имеют больший коэффициент полезного действия, чем ГТУ, работающие по циклу Брайтона.

   2. ГТУ, работающие по циклу Брайтона (1-2-3`-4).

2. По организации процесса:

   1. ГТУ, работающие по открытому циклу. В ГТУ такого типа рабочее тело постоянно меняется.

   2. ГТУ, работающие по закрытому циклу. В ГТУ такого типа рабочее тело не меняется.

3. По конструкции:

   1. ГТУ одновальной конструкции.

   2. ГТУ двухвальной конструкции. Такой тип ГТУ используется в случае переменных режимов работы ГТУ.

   3. ГТУ трёхвальной конструкции. Такой тип ГТУ используется в случае переменных режимов работы ГТУ.

Двигатели внутреннего сгорания бывают следующих видов:

1. Двухтактные/четырёхтактные

2. Отто

3. Дизеля

4. Брайтона

65-67. Термодинамические циклы и КПД ГТУ.

Газотурбинной установкой принято называть такой двигатель, где в качестве рабочего тела используется неконденсирующийся газ (воздух, продукты сгорания топлива), а в качестве тягового двигателя применяется газовая турбина. В отличие от поршневых ДВС, где процессы сжатия, подвода теплоты и расширения осуществляются в одном и том же цилиндре, в газотурбинных установках эти процессы происходят в различных элементах установки, в которые последовательно попадает поток рабочего тела.

Рис. 48. Принципиальная схема газотурбинной установки

Газотурбинная установка простейшей схемы работает следующим образом: наружный воздух поступает на вход компрессора (1), где сжимается по адиабате (1–2) до давления р₂ (рис. 48, 49). После сжатия в компрессоре воздух поступает в камеру сгорания (2), куда одновременно подается жидкое или газообразное топливо и происходит процесс сгорания при (2–3). Образующиеся при сжигании топлива продукты сгорания поступают в газовую турбину (3), где расширяются по адиабате (3–4) практически до атмосферного давления р₁. Отработавшие продукты сгорания выбрасываются в атмосферу (4–1).

а б

Рис. 49. Цикл газотурбинной установки с подводом теплоты при постоянном давлении в координатах p-v (а) и T-s (б)

В газотурбинных установках подвод теплоты к рабочему телу может осуществляться при постоянном давлении (цикл Брайтона) или при постоянном объеме (цикл Гемфри). Коэффициент полезного действия термодинамического цикла ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении (цикл Брайтона) определяется соотношением

(1) -соотношение давлений в камере сгорания

Для газотурбинных установок вводят параметр, характеризующий степень повышения давления рабочего тела в компрессоре С = р₂/р₁. Выразим отношение температур в выражении (1) через соотношение давлений сжатия для компрессора С, используя уравнения адиабаты для идеального газа, в виде следующей системы уравнений:

-при одинаковых КПД брайтона < КПД Гемпфри

-при одиаковой наивысшей температуре КПД брайтона > КПД Гемпфри

68-71.Термодинамические циклы и КПД поршневых ДВС.

Термодинамических циклы ДВС: цикл с подводом теплоты при постоянном объеме (цикл Отто),состоящий из двух изохор и двух адиабат (a₁-b-c₁-d-a₁) и цикл с подводом теплоты при постоянном давлении (цикл Дизеля), состоящий из изобары a₂–b, изохоры с₁–d и двух адиабат b–c₁ и d–a₂ (a₂-b-c₁-d- a₂). Полученные циклы имеют КПД меньше, чем КПД цикла Карно

Рис. 45. Цикл Отто в координатах p-v (а) и T-s (б)

Процесс (1–2) в цикле Отто характеризует адиабатное сжатие рабочего тела, процесс (2–3) - изохорный подвод теплоты q₁, процесс (3–4) - адиабатное расширение и процесс (4–1) - изохорный отвод теплоты q₂.

Полезная работа в цикле равна разности подведенной и отведенной теплоты и численно равна площади (1-2-3-4-1). Степень сжатия цикла весьма сильно влияет на КПД цикла. Чем выше степень сжатия, тем выше КПД цикла. Термический КПД цикла

.

Это значит, что КПД цикла Отто растет с увеличением степени сжатия.

Цикл Дизеля состоит из процесса адиабатного сжатия (1–2), изобарного подвода теплоты (2–3), адиабатного расширения (3–4) и изохорного отвода теплоты (4–1) (рис. 46). Степень сжатия в двигателях, работающих по циклу Дизеля, составляет = 14 – 18.

а б

Рис. 46. Циклы Отто и Дизеля в координатах p-v (а) и T-s (б)

Сравним между собой циклы Отто и Дизеля при одинаковых параметрах точек (1) и (4) с помощью диаграммы Т–s (рис. 46). Если в этих циклах будет одинаковая степень сжатия ε и одинаковое количество отводимой теплоты q₂ , то КПД цикла Отто будет выше КПД цикла Дизеля.

КПД цикла Дизеля, в условиях одинакового максимально возможного давления, больше, чем КПД цикла Отто.

Подачу топлива можно осуществлять так, что одна его часть будет сгорать при постоянном объеме, а другая – при постоянном давлении. Такой цикл называется циклом смешанного сгорания топлива или циклом Тринклера .Цикл со смешенным подводом теплоты занимает по эффективности промежуточное положение между циклами Отто и Дизеля как в условиях сравнения при одинаковой степени сжатия ε, так и при сравнении по условию одинакового максимального давления в цилиндре двигателя.

а б

Рис. 47. Цикл смешанного сгорания в координатах p-v (а) и T-s (б)

Выведем уравнение для определения термического КПД смешанного цикла. Количество подводимой теплоты на изохоре (2–3) равно , а в изобарном процессе (3–4) – . Количество отводимой теплоты q₂ на изохоре (5–1) по абсолютной величине составляет . Следовательно, термический КПД цикла

.

Из уравнения видно, что КПД цикла со смешанным подводом теплоты растет с увеличением ε и λ и с уменьшением ρ(степень предварительного расширения). Если ρ = 1, то цикл со смешанным подводом теплоты превращается в цикл Отто, термический КПД которого находится из соотношения

Если λ = 1, то смешанный цикл превращается в цикл Дизеля, термический КПД которого находится из выражения

.

-при одинаковой степ сжатия КПД Дизеля<Тринклера<Отто

-при одинаковой наивысшей температуре КПД Дизеля>Тринклера>Отто