1. Введение

Индивидуальное домашнее задание является обязательным для студентов дневной и вечерней форм обучения специальностей 14010165 «Тепловые электрические станции»; 14050265 «Котло− и реакторостроение».

Методические указания посвящены изучению термодинамических циклов и тепловых схем с целью закрепления знаний по курсам «Термодинамика», «ТЭС и АЭС». В рамках занятий по курсу «Термодинамика» проводятся лабораторные работы и практические занятия.

При выполнении домашнего задания по дисциплине «ТЭС и АЭС» достигаются следующие цели:

• выработать устойчивые навыки расчета тепловых схем ТЭС и АЭС;

• обеспечить усвоение и понимание основных теоретических положений курса «ТЭС и АЭС» на основе анализа результатов расчета типовой тепловой схемы с паротурбинной установкой;

• подтвердить основные принципы оптимального построения тепловых схем электростанций на основе проведенных расчетных оценок;

• получить опыт оценки экономичности теплосилового цикла, выполнить анализ влияния параметров цикла на экономичность;

• упрочить навыки пользования справочной литературой;

• установить связь дисциплины «ТЭС и АЭС» с изученными ранее курсами «Термодинамика» и «Тепло− и массообмен».

Методические указания включают в себя схему и варианты параметров исходных данных, а также необходимые теоретические сведения для расчета термодинамических циклов и тепловых схем. Приведен пример расчета тепловой схемы. Представленный объем материала и его построение позволяет использовать методические указания, как для аудиторной, так и для самостоятельной работы студентов.

2. Термодинамические циклы

Термодинамическим циклом называется непрерывная последовательность термодинамических процессов, в результате которых рабочее тело возвращается в исходное состояние. Различаются прямые и обратные циклы.

В прямом цикле (рис. 1,а) к рабочему телу подводится большее количество теплоты q₁ (в процессе 1-а-2) при большей температуре и отводится меньшее количество теплоты q₂ (в процессе 2-b-1) при более низкой температуре; разность этих значений теплоты равна совершенной работе цикла:

.

В основе теплосиловых установок лежат прямые термодинамические

циклы: за счет подвода теплоты q₁ совершается полезная работа _ц.

а) б)

Рис. 1. Прямой (а) и обратный (б) циклы

В обратных циклах (рис. 1,б) к рабочему телу подводится меньшее количество теплоты q₂ (в процессе 1-b-2), а отводится большее количество теплоты q₁ (в процессе 1-а-2) при более высокой температуре. Обратные циклы лежат в основе холодильных установок и тепловых насосов.

Процессы, из которых состоит цикл, могут быть обратимыми и необратимыми. Если все процессы в цикле обратимы, цикл называется обратимым. Если хотя бы один процесс необратим, то и цикл называется необратимым. Эффективность обратимых циклов оценивается:

•для прямых циклов теплосиловых установок − термическим КПД −

;

•для обратимых циклов холодильных установок − холодильным коэффициентом −

;

•для обратных циклов тепловых насосов − отопительным коэффициентом −

.

Для реализации прямых и обратных циклов необходимы два источника теплоты, одним из которых, как правило, является окружающая среда.

На рис. 2 на примере цикла Карно − цикла, состоящего из двух изотерм и двух изоэнтроп, показано, в каком температурном интервале работают теплосиловые (а), холодильные (б) установки, тепловой насос (в). На рис. 2 T_гор и T_хол − температуры тепловых источников, Т₀ − температура окружающей среды. Заштрихованные площади на рис. 2 равны величине полезного эффекта. В обратимом цикле Карно изотермические процессы осуществляются при температурах верхнего и нижнего источников.

Для обратимого цикла Карно:

- термический КПД

;

- холодильный коэффициент

;

- отопительный коэффициент

.

Перечисленные параметры не зависят от свойств рабочего тела.

T

a)

б)

в)

Рис 2. Цикл Карно – цикл теплосиловой (а) и холодильной (б) установок,

теплового насоса (в)