- •Министерство образования и науки Российской Федерации
- •Научный редактор
- •Введение
- •1. Основные термические параметры состояния
- •Удельный объем
- •Давление
- •Соотношения единиц измерения давления
- •Температура
- •1.1. Задачи
- •1.2. Контрольные вопросы
- •2. Законы и уравнения состояния идеальных газов. Смеси идеальных газов
- •2.1. Задачи
- •2.2. Контрольные вопросы
- •3. Теплоемкости газов и газовых смесей
- •3.1. Задачи
- •3.2. Контрольные вопросы
- •4. Первый закон термодинамики для закрытой системы
- •4.1. Задачи
- •4.2. Контрольные вопросы
- •5. Политропные процессы изменения состояния идеальных газов
- •5.1. Задачи
- •5.2. Особенности расчета процессов идеальных газов при учете влияния температуры на их изобарную и изохорную теплоемкости
- •5.3. Задачи
- •5.4. Контрольные вопросы
- •6. Термодинамические свойства воды и водяного пара. Процессы водяного пара
- •6.1. Задачи
- •6.2. Контрольные вопросы
- •7. Влажный воздух
- •Основные характеристики влажного воздуха
- •Характеристики атмосферного влажного воздуха
- •Область влажного ненасыщенного воздуха h,d- диаграммы
- •Область перенасыщенного влажного воздуха h,d- диаграммы
- •Пример пользования h,d- диаграммой
- •7.1. Задачи
- •7.2. Контрольные вопросы
- •8. Второй закон термодинамики
- •8.1. Задачи
- •8.2. Контрольные вопросы
- •9. Первый закон термодинамики для потока. Работа изменения давления в потоке. Эксергия в потоке
- •Работа изменения давления в потоке для адиабатных процессов
- •Эксергия в потоке
- •9.1. Задачи
- •9.2. Контрольные вопросы
- •10. Истечение газа и пара через сопловые каналы
- •Особенности расчета процесса истечения через сопло реальных веществ
- •Необратимое истечение газов и паров через сопло
- •Процессы торможения. Параметры заторможенного потока
- •Методика расчета соплового канала при истечении через него газа или пара с начальной скоростью больше нуля
- •10.1. Задачи
- •10.2. Контрольные вопросы
- •11. Дросселирование газов, паров и жидкостей
- •11.1. Задачи
- •11.2. Контрольные вопросы
- •12. Процессы смешения газов и паров
- •Смешение в объёме
- •Смешение в потоке
- •Смешение при заполнении объёма
- •12.1. Задачи
- •12.2. Контрольные вопросы
- •13. Циклы двигателей внутреннего сгорания
- •Цикл двс с подводом теплоты к рабочему телу при постоянном объеме
- •Цикл двс с подводом теплоты к рабочему телу при постоянном давлении
- •Цикл двс со смешанным подводом теплоты к рабочему телу
- •13.1. Задачи
- •13.2. Контрольные вопросы
- •14. Циклы воздушных реактивных двигателей
- •Цикл прямоточного врд
- •Цикл турбокомпрессорного врд
- •14.1. Задачи
- •14.2. Контрольные вопросы
- •15. Циклы газотурбинных установок
- •Методика расчета тепловой экономичности обратимого цикла гту
- •Тепловая экономичность реального цикла гту
- •Регенеративный цикл гту
- •Регенеративный цикл гту с двухступенчатым сжатием и расширением рабочего тела
- •15.1. Задачи
- •15.2. Контрольные вопросы
- •16. Циклы паротурбинных установок
- •16.1. Базовый цикл пту – цикл Ренкина
- •Расчет простого обратимого цикла пту
- •Расчет необратимого цикла простой пту
- •Система кпд цикла пту
- •16.2. Цикл пту с вторичным перегревом пара
- •16.3. Регенеративный цикл пту
- •Выбор оптимальных давлений отборов пара турбины на регенеративные подогреватели пту
- •Особенности расчета регенеративных пту с подогревателями поверхностного типа
- •16.4. Теплофикационные циклы пту
- •Теплофикационные пту с отборами пара на тепловые потребители
- •16.5. Термодинамические особенности расчета циклов аэс на насыщенном водяном паре
- •16.6. Задачи
- •16.7. Контрольные вопросы
- •17. Циклы парогазовых установок
- •17.1. Цикл пгу с котлом-утилизатором
- •17.2. Циклы пгу со сжиганием топлива в паровом котле
- •Цикл пгу с низконапорным парогенератором
- •Цикл пгу с высоконапорным парогенератором
- •Полузависимая пгу
- •17.3. Задачи
- •17.4. Контрольные вопросы
- •18. Циклы холодильных установок и тепловых насосов
- •18.1. Цикл воздушной холодильной установки (вху)
- •Методика расчета вху
- •18.2. Цикл парокомпрессорной холодильной установки
- •Методика расчета цикла пкху
- •18.3. Парокомпрессорный цикл теплового насоса
- •Методика расчета цикла парокомпрессорного теплового насоса
- •18.4. Задачи
- •18.5. Контрольные вопросы
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Приложения
- •Оглавление
- •Чухин Иван Михайлович
- •Редактор н.Б. Михалева
- •153003, Г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34.
Тепловая экономичность реального цикла гту
Необратимость в реальном цикле ГТУ характеризуется наличием трения в адиабатных процессах сжатия 1-2’ и расширения 3-4’ рабочего тела в компрессоре и газовой турбине (рис. 15.3).
Необратимость адиабатных процессов в компрессоре и в турбине характеризуют: адиабатный коэффициент компрессора и внутренний относительный КПД турбины
; (15.8)
. (15.9)
Используя эти коэффициенты, рассчитывают действительные температуры в конце адиабатных процессов:
; (15.10)
. (15.11)
Определение работ компрессора, турбины и цикла, подведенной и отведенной теплоты к рабочему телу ведется аналогично идеальному циклу ГТУ, но с использованием реальных параметров рабочего тела:
; (15.12)
; (15.13)
; (15.14)
; (15.15)
. (15.16)
Тепловая экономичность действительного цикла ГТУ на первом этапе характеризуется внутренним абсолютным КПД
. (15.17)
Тепловая экономичность действительного цикла ГТУ зависит от следующих величин: , Т1, Т3, к, гт. При этом есть оптимальные значения ioпт1 и ioпт2, которые соответствуют максимальным значениям КПД и работы цикла.
Регенеративный цикл гту
Схема и цикл вT,s- диаграмме регенеративной ГТУ представлены на рис. 15.4 , 15.5.
В регенеративном цикле ГТУ воздух после компрессора поступает в теплообменник (ТО), где он нагревается за счет уходящих газов турбины.
Газы, выходящие из турбины с температурой Т4i, теоретически могут быть охлаждены в регенеративном теплообменнике до температуры выходящего из компрессора воздуха Т2i. Однако в соответствии со вторым законом термодинамики для передачи теплоты от газов воздуху необходимо наличие разности температур между ними. Поэтому газы охлаждаются в ТО до температуры Т5>T2i, а воздух нагревается до температуры Т6<Т4i. В связи с этим данный цикл характеризуется величиной, которая называется степенью регенерации:
, (15.18)
где – теплота регенерации;
–максимальная теплота регенерации.
Подведенная qр1i и отведенная qр2i от рабочего тела теплота в регенеративном цикле ГТУ уменьшается по сравнению с q1i и q2i в простом цикле ГТУ на величину теплоты регенерации:
; (15.19)
. (15.20)
Работа газовой турбины и компрессора в регенеративном цикле ГТУ рассчитывается так же, как и в простом цикле:
; (15.21)
. (15.22)
Внутренний абсолютный КПД регенеративной ГТУ всегда больше, чем у аналогичной простой ГТУ, т.к. работы циклов у них одинаковые, а qр1i<q1i :
. (15.23)
Регенеративный цикл гту с двухступенчатым сжатием и расширением рабочего тела
Схема регенеративной ГТУ с двухступенчатым сжатием, промежуточным охлаждением и двухступенчатым подводом теплоты к рабочему телу показана на рис. 15.6, а ее цикл в T,s- диаграмме – на рис. 15.7.
Такие сложные циклы и схемы ГТУ нашли практическое применение при температуре газов перед газовой турбиной, не превышающей 750 оС. Количества кислорода в газах, выходящих из первой камеры сгорания, при таких температурах достаточно для сжигания топлива во второй камере сгорания.
Оптимальное распределение повышения давления между ступенями компрессора соответствует выражению
. (15.24)
При этом охлаждение воздуха за первой ступенью компрессора осуществляется до Т3=Т1.
Расширение газа в турбинах ГТ1 и ГТ2 происходит от Т6=Т8 в интервале тех же отношений давлений, что и в компрессорах:
.
Степень регенерации такого цикла определяется величиной
. (15.25)
В соответствии с этими условиями теплота, подведенная к рабочему телу, в данном цикле рассчитывается как
. (15.26)
Теплота, отведенная от рабочего тела, определяется суммой теплоты с уходящими газами и теплоты, отведенной от воздуха в охладителе:
. (15.27)
Работа компрессора ГТУ представляет собой сумму работ первой и второй ступеней компрессора:
. (15.28)
Работа газовой турбины представляет сумму работ первой и второй ступеней турбины:
. (15.29)
Работа цикла и внутренний абсолютный КПД такой ГТУ рассчитываются стандартным образом:
.