Порядок расчета цикла двс

1.Определение параметров характерных точек цикла

Приступая к выполнению курсовой работы, студенты должны проработать разделы, посвященные первому и второму законам термодинамики, а также исследованию политропных процессов и циклов.

Термические параметры р,ν и Т характерных точек цикла находятся из:

1) уравнения состояния идеального газа (уравнение Клапейрона):

(4)

где р – абсолютное давление газа, Па; ν – удельный объем газа, м³/кг;R = 287 Дж/(кг . К) – газовая постоянная воздуха [4], Т-абсолютная температура газа, К.

И

(5)

з уравнения (4):

2) определения степени сжатия:

(6)

Здесь и далее индексами «1» и «2» обозначены параметры состояния газа соответственно в начале и в конце рассматриваемого процесса;

3) уравнения политропного процесса 1-2:

(7)

о

(8)

ткуда находим:

4) определения степени повышения давления:

(9)

5) определения степени предварительного расширения:

(10)

6) закона Шарля (изохорный процесс):

(11)

или

откуда находим:

(12)

и закона Гей-Люссака (изобарный процесс):

(13)

или

откуда:

2. Расчёт термодинамических процессов

Полный термодинамический расчёт процесса включает:

- определение теплоты q и работы l процесса;

- расчёт изменений внутренней энергии u процесса;

- вычисление энтальпии h и энтропии s процесса.

Для политропного процесса, расчетные формулы для названных параметров имеют вид:

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

где , – средние изохорная и изобарная теплоемкости в интервале температур от t₁ до t₂;

–показатель политропы;

–показатель адиабаты;

,

В

(19)

еличины средних теплоемкостей, если использовать линейные зависимости, можно рассчитать по формулам:

где константы а и b для воздуха находим из справочной таблицы [4]:

а = 0,7084, b = 9,349 10^-5 .

П

(20)

о формуле Майера:

Ч

(21)

тобы убедиться в правильности проведенных расчетов, запишем выражение первого закона термодинамики, рассчитаем величину и сопоставим с рассчитанной ранее по формуле (16):

,

г

(22)

де и – количество теплоты и работа изменения объёма, рассчитанные по формулам (14) и (15)

Погрешность расчёта определится как:

Для самопроверки расчёта энтальпии, воспользуемся известным соотношением, справедливым для любых процессов с идеальным газом:

(23)

или

где –изменение внутренней энергии процесса, рассчитанное по формуле (16);

П

(24)

огрешность расчёта определится как:

3. Расчёт характеристик цикла

Общее количество теплоты и работы за цикл определяется алгебраическим суммированием теплот в термодинамических процессах:

(25)

(26)

Так как , то погрешность расчёта будет:

(27)

Термический КПД любого цикла определяется по формуле:

(28)

Т

(29)

ермический КПД цикла Карно для того же интервала температур, в котором реализуется реальный цикл:

где и– минимальная и максимальная температуры в цикле.

Тема.2. Цикл паросиловых установок (цикл Ренкина)

Задача

Цикл Ренкина задан параметрами р_1, t₁, р₂,. Исследовать влияние варьируемого параметра (см. табл. 2) на величину термического КПД цикла η_t и удельный расход теплоты q, рассчитав эти величины при варьировании заданного параметра в пределах ± 20 %. Построить графики зависимостей η_t и q от варьируемого параметра, на основании которых сделать заключение об оптимальном его значении. Исходные данные для расчетов принимать по табл.2.

Исходные данные

Таблица 2

Первая циф ра номера варианта	р1, МПа	t1, С	Вторая циф ра номера варианта	p2, МПа	Варьи руется
1	10,0	450	1	0,01	р1
2	8,21	400	2	0,03	t1
3	5,16	350	3	0,05	p2
4	3,84	300	4	0,06	p1
5	4,37	380	5	0,07	t1

Краткое описание цикла ПСУ (цикла Ренкина)

Паросиловые установки (ПСУ) отличаются от двигателей внутреннего сгорания тем, что рабочим телом служит пар какой-либо жидкости (обычно водяной пар), а продукты сгорания топлива являются лишь промежуточным теплоносителем. Наиболее совершенным идеальным циклом, как известно, является цикл Карно. Однако главный недостаток этого цикла – это необходимость использования громоздкого компрессора и большие затраты работы на сжатие пара. Ввиду перечисленных недостатков парового цикла Карно за идеальный цикл паросиловой установки принят специальный цикл, называемый циклом Ренкина.

На рис. 3 приведена схема паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина. Установка включает паровой котел 1 и пароперегреватель 2. Перегретый пар при высоком давлении и температуре направляется в паровую турбину 3, где расширяется, совершая механическую работу, которая идет на привод электрогенератора 4. Отработанный пар попадает в конденсатор 5, где конденсируется, а затем питательным насосом 6 образовавшийся конденсат снова закачивается в водяной экономайзер 7, который подогревает воду, а затем в котел и цикл повторяется.

Рис.3. Схема ПСУ

На рис. 4-6 на фоне пограничных кривых приведены p-ν, h-s и Т-s диаграммы этого цикла. Цикл начинают с процесса расширения пара в турбине. Процесс 1-2 – это процесс адиабатного расширения, и на h-s и Т-s диаграммах он изображается отрезком вертикали. В процессе расширения давление и температура пара уменьшаются до Т₂ = Т_н2 и р₂, как правило, пар становится влажным со степенью сухости х 0,95.

Процесс 2-3 – это конденсация отработанного пара, он протекает при постоянстве давления р₂ в конденсаторе. Температура при этом остается неизменной и равной Т_н2. При работе насоса давление конденсата увеличивается до р₃ = р₁, а температура Т, удельный объем v и энтальпия h практически не изменяются (ν₄ = ν₃, h₄ = h₃), поскольку воду можно считать несжимаемой жидкостью. Под высоким давлением вода попадает в паровой котел и сначала нагревается там до температуры насыщения Т_н1 (процесс 4-5), а затем выкипает (процесс 5-6). Оба эти процесса проходят при p = const и сопровождаются увеличением энтальпии. Энтальпия пара еще более увеличивается в процессе его изобарного перегрева 5-6 в пароперегревателе.

Завершая описание процессов, отметим, что на рис. 4 и 5 левые части обеих диаграмм приведены в утрированно растянутом по абсциссе масштабе. Если изобразить процессы в одинаковом масштабе, то и линия 3–4, и линия 4–5 практически сольются с осью ординат.

На рис. 5 показан также процесс 1-2^/, отображающий условно расширение пара в турбине с учетом потерь

К4

Рис.4. р-ν диаграмма цикла Ренкина

Рис.5. h-s диаграмма цикла Ренкина

Рис.6. Т-s диаграмма цикла Ренкина