- •А.В. Кирис, в.В. Лисин
- •1. Введение. Основные понятия и определения….........................................6
- •Техническая термодинамика
- •Светлой памяти профессора
- •Основы термодинамики
- •1. Введение. Основные понятия и определения
- •1.1 Рабочее тело
- •1.2 Термодинамическая система
- •1.3 Параметры состояния Термодинамическим состоянием тела называется совокупность физических свойств, присущих данного телу.
- •1.4 Основные законы идеальных газов
- •2. Состояние термодинамической системы
- •2.1 Уравнение состония. Объединенный газовый закон
- •2.2 Физический смысл газовой постоянной r
- •2.3 Универсальное уравнение состояния идеального газа
- •2.4 Газовые смеси
- •2.5 Способы задания смеси
- •2.6 Расчет газовой смеси. Основные расчетные соотношения
- •2.7 Уравнение состояния для смеси
- •3.2 Закон Майера
- •3.3 Первый закон термодинамики
- •3.4 Аналитическое определение и графическое изображение работы
- •3.5 Теплота и работа в термодинамическом процессе
- •3.6 Внутренняя энергия
- •3.7 Энтальпия
- •3.8 Контрольные вопросы
- •4. Основные термодинамические процессы
- •4.1 Методика исследования термодинамических процессов
- •4.2 Изохорный процесс
- •4.3 Изобарный процесс
- •4.4 Изотермный процесс
- •4.5 Адиабатный процесс
- •4.6 Политропный процесс
- •4.7 Теплоемкость политропного процесса
- •4.8 Определение численного значения показателя n
- •4.9 Взаиморасположение термодинамических процессов в p-V
- •Все рассмотренные нами процессы имели n0 и процессы располага-лись в II и IV четвертях. В данном случае при расширении давление
- •4.10 Контрольные вопросы
- •5. Второй закон термодинамики
- •5.1 Круговые процессы
- •5.2 Второй закон термодинамики
- •5.3 Некоторые формулировки второго закона термодинамики
- •5.4 Обратимость термодинамических процессов
- •5.5 Цикл Карно
- •5.7 Энтропия
- •5.8 Работоспособность (эксергия)
- •5.9 Пределы применимости второго закона
- •5.10 Контрольные вопросы
- •6. Изменение энтропии в процессах.
- •6.1 Координатная система t - s
- •6.2 Обобщенный (регенеративный) цикл Карно
- •6.3 Среднеинтегральная температура
- •6.4 Энтропийные уравнения
- •6.5 Изображение термодинамических процессов в t-s координатной системе
- •7.2 Диаграмма Эндрюса
- •7.3 Механизм парообразования
- •7.5 Процесс парообразования в р-V диаграмме. Виды пара
- •7.6 График парообразования в t-s диаграмме
- •7.7 Таблицы термодинамических свойств воды и пара
- •7.8 Теплота парообразования
- •7.9 Анализ параметров трех фаз парообразования. Критические
- •7.10 Измерения энтропии по трем фазам парообразования
- •7.11 Диаграмма I – s
- •7.12 Контрольные вопросы
- •8. Воздух
- •8.1 Влажный воздух
- •8.2 Диаграмма I – d для влажного воздуха
- •8.3 Контрольные вопросы
- •Техническая термодинамика
- •9. Циклы паросиловых установок
- •9.1 Паровой цикл Карно
- •9.2 Цикл Ренкина
- •9.3 Повышение
- •9.4 Цикл с двойным перегревом пара
- •9.5 Регенеративный цикл
- •9.6 Коэффициенты полезного действия
- •10. Циклы двигателей внутреннего сгорания
- •10.1 Цикл Отто (цикл быстрого горения с подводом теплоты при постоянном объеме)
- •10.2 Цикл Дизеля (цикл медленного горения, с подводом теплоты при постоянном давлении)
- •10.3 Цикл Тринклера (цикл со смешанным подводом теплоты)
- •10.4 Сравнение циклов двс
- •10.5 Контрольные вопросы
- •11. Циклы газотурбинных установок и реактивных двигателей
- •11.1 Газотурбинные установки. Общая характеристика
- •11.2 Цикл простейшей гту
- •11.3 Принцип работы реактивного двигателя
- •11.4 Способы повышения гту
- •11.5 Контрольные вопросы
- •12. Циклы холодильных установок
- •12.1 Холодильные установки морских судов
- •12.2 Циклы воздушных, пароэжекторных и абсорбционных холодильных установок
- •12.3 Контрольные вопросы
- •13. Компрессоры
- •13.1 Компрессоры
- •13.2 Определение работы ступени идеального компрессора
- •13.3 Цикл одноступенчатого компрессора
- •13.4 Контрольные вопросы
- •14. Истечение
- •14.1 Определение работы истечения газа или пара
- •Тогда работа против внешних сил при перем ещении составит p1v1 - p2 v2.
- •14.2 Определение скорости при истечении
- •14.3 Массовый секундный расход газа или пара при адиабатном расширении
- •14.4 Форма струи при адиабатном истечении газа и пара
- •14.6 Построение сопла для использовании полного теплоперепада (сопла переменного сечения – сопла Лаваля)
- •14.7 Истечение через короткое цилиндрическое сопло
- •14.8 Графики скорости, расхода и удельного объема
- •14.9 Изохорное истечение газа и пара
- •14.10 Адиабатное истечение с трением
- •14.11 Дросселирование (мятие) пара
- •14.12 Контрольные вопросы
- •Термодинаміка і теплотехніка
- •Навчальний посібник у двох частинах
- •Частина 1
- •Термодинаміка
9.6 Коэффициенты полезного действия
Как известно, тепловые установки делятся на тепловые двигатели, в которых осуществляется прямой цикл (по часовой стрелке) с отдачей работы внешнему потребителю, и на холодильные установки, работающие по обратному циклу (потив часовой стрелки) с затратой работы, подводимой извне.
В свою очередь, тепловые двигатели можно разделить на три основные группы: двигатели внутреннего сгорания (ДВС), в которых процесс подвода теплоты (сжигания топлива) и превращение его в работу происходит внутри цилиндра двигателя; газотурбинные установки (ГТУ) и реактивные двигатели, в которых процесс сжигания топлива также является составной частью рабочего процесса; паросиловые установки, где теплота сообщается рабочему телу в отдельном агрегате – паровом котле, а превращение теплоты в работу в паровой турбине (ПТУ).
Общим для циклов тепловых двигателей первых двух групп является использование в качестве рабочего тела газообразных продуктов сгорания топлива, которые на протяжении всего цикла находятся в одном и том же агрегатном состоянии и при относительно высоких температурах считаются идеальным газом.
Характерной чертой тепловых двигателей третьей группы является использование таких рабочих тел, которые в цикле претерпевают агрегатные и фазовые изменения (жидкость, влажный пар, перегретый пар) и подчиняются законам реальных газов.
В реальных тепловых двигателях преобразование теплоты в работу связано с протеканием сложных необратимых процессов, учет которых делает термодинамический анализ циклов невозможным. В связи с этим для выявления
, основных факторов, влияющих на эффективность работы установок, действительные процессы заменяют обратимыми термодинамическими процессами, допускающими применение для их анализа термодинамических методов. Такие циклы называют теоретическими.
В соответствии с этим анализ циклов тепловых двигателей проводится в два этапа: сначала анализируется теоретический (обратимый), а затем реальный (необратимый) с учетом основных источников необратимости.
Степень
совершенства теоретических циклов
полностью характеризуется величиной
термического кпд
,
который учитывает только неизбежную
термодинамическую потерю q2:
Эффективность реального необратимого цикла оценивается так называемым индикаторным (внутренним) кпд:
где
– индикаторная
работа в необратимом цикле (без учета
механических потерь).
Для
установления степени необратимости
цикла используют понятие относительного
внутреннего кпд, представляющего собой
отношение индикаторной работы
к
теоретической
и показывающего, насколько реальный цикл менее совершен, чем теоретичес-кий. Легко видеть, что
Кроме
необратимых потерь, учитываемых
внутренним кпд, в теплосиловой установке
имеется ряд других потерь (потери
теплоты в окружающую среду в камерах
сгорания и паропроводах, потери на
трение в подшипниках, потери в генераторах
и т.д.). Поэтому работа, переданная
внешнему потребителю
e,
меньше работы, полученной в цикле
i.
Отношение действительной полезной
работы
e,
отданной потребителю, к количеству
затраченной теплоты q1,
называется эффективным кпд установки:
Отношение
эффективной работы к работе индикаторной
можно заменить отношениями кпд, которое
является механическим кпд
мех.
.
(121)
.
(122)
Для
паровой турбины
,
где
введено
вместо i3
– энтальпия воды при температуре
кипения, соответствующей давлению в
конденсаторе.
Рис.
43
-
относительный внутренний
.
Основная необратимость связана с потерей кинетической энергии на
трение
пара в соплах и на лопастях. На рис. 43
условно изображен необратимый процесс
расширения пара 1- 6, так как известны
его начальные и конечные параметры. Не
превращенная в работу теплота идет на
увеличение энтальпии пара. Теплота,
воспринятая паром из-за необратимости
измеряется пл. 26782. Теоретическая и
индикаторная работы определяются
следующими выражениями:
Отсюда
(123)
1. Изобразите схему и цикл паротурбинной установки, работающей по циклу Карно.
2. Изобразите цикл в Т- s координатной системе и схему паротурбинной установки, работающей по циклу Ренкина. Запишите термический коэффициент полезного действия цикла Ренкина.
3. Какие существуют способы повышения к.п.д. цикла Ренкина?
4. С какой целью применяют вторичный перегрев пара? Опишите цикл паротурбинной установки со вторичным перегревом пара.
5. Опишите регенеративный цикл паротурбинной установки.
6. Что такое индикаторный, относительный внутренний и эффективный коэффициент полезного действия паротурбинной установки?