- •Введение
- •Термодинамические параметры состояния
- •2. Основные понятия и определения
- •Идеальный газ. Законы идеального газа
- •Закон Бойля – Мариотта
- •Закон Гей – Люссака
- •Закон Шарля
- •3. Уравнение состояния идеального газа
- •Закон Авогадро
- •Молярная масса
- •4. Уравнение менделеева – клапейрона
- •Уравнение состояния реальных газов
- •5. Газовые смеси
- •6. Первое начало термодинамики Теплота и работа
- •Принцип эквивалентности
- •7. Внутренняя энергия
- •Закон сохранения и превращения энергии
- •Формулировки первого начала термодинамики
- •Виды работ
- •Развернутое уравнение первого закона термодинамики и его частные выражения
- •Энтальпия
- •8. Теплоемкость газов
- •9. Анализ термодинамических процессов на основании I начала термодинамики Понятие об энтропии
- •Схемы распределения энергии
- •Изотермический процесс
- •Адиабатный процесс
- •10. Политропные процессы
- •Группы политропных процессов
- •Способы определения n
- •Связь между n и с
- •11. Второе начало термодинамики Односторонность протекания самопроизвольных процессов
- •Формулировки второго начала термодинамики
- •Выражение первого закона термодинамики для циклов
- •Термический коэффициент полезного действия прямого цикла
- •12. Цикл карно
- •Термодинамическая шкала температур
- •Математическое выражение второго закона термодинамики
- •Критика учения о «тепловой смерти вселенной»
- •13. Термодинамика потока газа. Основные понятия и уравнения гидрогазодинамики
- •Уравнение неразрывности
- •Уравнение энергии – уравнение первого закона термодинамики
- •Уравнение состояния идеального газа
- •Уравнение импульса
- •Располагаемая работа газа в потоке
- •Скорость звука и критические параметры
- •14. Скорость и расход газа при течении. Истечение из сужающихся сопел
- •Переход через скорость звука. Сопло Лаваля
- •После подстановки значения скорости потока в последнее уравнение получим .
- •Истечение при наличии трения
- •Дросселирование газа
- •15. Термодинамика химических процессов
- •Термохимические процессы
- •Первый закон термодинамики применительно к химическим процессам
- •Закон Гесса
- •Второй закон термодинамики
- •Тепловой закон Нернста
- •16. Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания
- •Цикл со смешанным подводом тепла
- •Цикл с подводом тепла при постоянном объеме
- •Цикл с подводом тепла при постоянном давлении
- •Сравнение циклов поршневых двс
- •Сравнение по условию .
- •Сравнение по условию
- •17. Циклы компрессоров
- •Многоступенчатые компрессоры
- •Центробежный компрессор
- •Осевой компрессор
- •18. Циклы газотурбинных установок
- •Регенеративные циклы
- •19. Циклы паросиловых установок
- •Цикл Карно для водяного пара
- •Цикл Ренкина
- •Цикл с промежуточным перегревом пара
- •Регенеративный цикл
- •Бинарные циклы
- •Цикл парогазовой установки
- •Теплофикационный цикл
- •20. Циклы холодильных установок
- •Цикл воздушной холодильной машины
- •Цикл парокомпрессорной холодильной машины
- •Цикл теплового насоса
- •Детандеры
- •21. Реактивные двигатели
- •Цикл ПуВрд
- •Цикл трд
- •22. Ракетные двигатели
- •Цикл рдтт
- •Цикл жрд
- •Цикл ярд
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
Цикл Карно для водяного пара
Использование ТРТ, изменяющего в течении цикла своё агрегатное состояние, позволяет осуществить на практике цикл Карно, состоящий, как известно, из 2 адиабат и 2 изотерм. Вследствие необратимости процессов течения реальные адиабатные процессы расширения и сжатия, конечно, несколько уменьшают t цикла. Для того, чтобы практически приблизить реальные процессы к изотермическим процессам подвода и отвода тепла, в компрессорах применяют многоступенчатое сжатие воздуха с промежуточным охлаждением, а в ГТУ – ступенчатый подвод тепла.
Известно, что внутри двухфазной области состояний чистого вещества изобары совпадают с изотермами; следовательно, изобарный процесс подвода тепла к влажному пару (т.е. парообразование), равно как и изобарный процесс отвода тепла от влажного пара (т.е. конденсация), а технически они осуществляются наиболее просто, представляют собой в то же время изотермические процессы. Таким образом, цикл из 2 адиабат и 2 изобар (которые в то же время являются изотермами) с использованием в качестве ТРТ влажного пара, и будет цикл Карно.
В паровой котёл 1 поступает влажный водяной пар малой степени сухости х. От сгорания топлива (уголь, мазут и т.п.) к влажному пару подводится тепло и х к 1. Процесс подвода тепла в котле происходит при р1=const и T1=const.
Затем пар поступает в паровую турбину 2, где поток пара при расширении приобретает значительную кинетическую энергию, которая на лопатках рабочего колеса турбины превращается в кинетическую энергию вращения рабочего колеса, а затем в электроэнергию с помощью электрогенератора 3, вращаемого турбиной.
Далее влажный пар с давлением р2 и температурой Т2 поступает в конденсатор 4 – теплообменник, в котором с помощью охлаждающей воды от пара отводится тепло при р2=const, пар конденсируется и, следовательно, степень его сухости уменьшается.
После конденсатора влажный пар поступает в компрессор 5, в котором он адиабатно сжимается до давления р1. Затем влажный пар вновь поступает в котёл и цикл замыкается.
Рис. 19.3. Цикл Карно
Подвод тепла q1 к пару в котле осуществляется по изобаре-изотерме 4-1, процесс расширения в паровой турбине – по адиабате 1-2, отвод тепла q2 в конденсаторе – по изобаре-изотерме 2-3, сжатие пара в компрессоре – по адиабате 3-4. Как и в цикле Карно с любым ТРТ:t=(T1-T2)/T1.
C учётом необратимых потерь на трение при расширении пара в турбине и при его сжатии в компрессоре в реальном цикле Карно с влажным паром происходит увеличение энтропии пара.
Т.к. критическая температура воды сравнительно невысока (374,15оС), то невелик и интервал температур между нижней (порядка 25оС) и верхней (не выше 340-350оС) температурами цикла, ибо при большем приближении к критической точке резко сужается длина изобарно-изотермического участка 4-1 и, следовательно, относительно большую роль начинают играть снижающие t неизоэнтропные участки 1-2 и 3-4; степень заполнения цикла уменьшается. Однако даже в этом сравнительно узком интервале предельных температур t=1-[(25+273,15)/(350+273,15)]=0,52 весьма значителен.
В современных паротурбинных установках давление в конденсаторе поддерживается в интервале 0,0035-0,005 Мпа, поэтому удельный объём влажного пара, поступающего в компрессор, во много раз превышает объём жидкости.
Поэтому компрессор получается громоздким, металлоёмким и неудобным в эксплуатации, на привод которого затрачивается чрезмерно большая энергия. Например, если паротурбинная установка будет работать в пределах от р1=10,0 МПа в парогенераторе до р2=0,005 МПа в конденсаторе, то теоретическая работа компрессора составляет около 38% работы пара в турбине без учёта потерь на привод.
Кроме того условия работы проточных частей турбин и компрессоров оказываются тяжёлыми, течение оказывается газодинамически несовершенным.
Поэтому цикл Карно, осуществляемый во влажном паре, не нашёл практического применения.