35. Термический анализ работы тэц с отборами пара

При наличии тех. потребителя целесообразно использование турбин с отбороми пара

36.Холодильные парокомпрессионные машины

Отвод теплоты (получение холода) осуществляется за счет совершения внешней работы. Цикл всех холодильных машин является обратным, но имеется много способов получения холода. В зависимости от принципа действия различают установки:

- компрессорные;

- пароэжекторные;

- абсорбционные.

Наибольшее распространение получили компрессорные холодильные установки. Простейшая схема воздушной компрессорной установки показана на рис.

1-холодильная камера; 2-компрессор; 3-теплообменник (охладитель рабочего тела); 4-турбина.

Рабочее тело (воздух) сжимается в адиабатном компрессоре 2 (процесс 12), в результате этого его температура повышается (становится больше температуры среды То). Попадая в теплообменник 3, сжатый воздух отдает теплоту q₁ в окружающую среду в изобарном процессе 23 и поступает в турбину 4, где происходит адиабатное его расширение 34 с выполнением технической работы и значительным снижением температуры (ниже температуры в холодильной камере – Тх). Охлажденный до необходимой температуры воздух поступает в холодильную камеру, где к нему подводится теплота q₂ в изобарном процессе 41. Показателем эффективности холодильных машин является холодильный коэффициент

=q₂/l= q₂/(q₁ -q₂) =c_p (T₁ –T₄)/ [c_p (T₂ – T₃) - c_p (T₁ –T₄)] = (T₁ –T₄)/ [(T₂ – T₃) - (T₁ –T₄)] = 1/ [(T₂ – T₃) / (T₁ –T₄) -1].

T2=T1 (p2/p1)^(k-1)/k

T3=T4 (p2/p1)^(k-1)/k

=1 / {[T1 (p2/p1)^(k-1)/k ­- T4 (p2/p1)^(k-1)/k]/ (T₁ –T₄) -1} = 1/[(p2/p1)^(k-1)/k – 1] = 1/[(T2/T1) – 1]

Как видно из формулы холодильный коэффициент  может быть больше, меньше, либо равным 1. При больших разностях температуры Т2/Т12 холодильный коэффициент больше 1, при меньших – меньше 1.

Цикл паровой холодильной установки.

Широкое применение нашли холодильные установки, использующие в качестве рабочего тела теплоносители,

претерпевающие в области рабочих температур фазовые превращения. Такие теплоносители называют хладагентами. К ним относятся аммиак, фреоны и их заменители.

37.Влажный воздух

В технике в качестве рабо­чего тела широко используют влажный воздух, представляющий собой смесь су­хого воздуха и водяного пара.

Содержание водяного пара в атмосфер­ном воздухе зависит от метеорологических условий, а также от наличия источников испарения воды и колеблется в широких пределах: от малых долей до 4% (по мас­се).

Смесь сухого воздуха и насыщенного водяного пара называется насыщен­ным влажным воздухом.

Смесь сухого воздуха и перегретого водяного па­ра называется ненасыщенным влаж­ным воздухом.

Температура, до которой необходимо охлаждать ненасыщен­ный влажный воздух, чтобы содержащийся в нем перегретый пар стал насыщен­ным, называется температурой точки росы. При дальнейшем охлажде­нии влажного воздуха (ниже температуры точки росы) происходит конденсация водя­ного пара. Поэтому температуру точки ро­сы часто используют как меру содержания в воздухе воды в парообразном состоянии.

Обычно к влажному воздуху приме­няют уравнения для идеальных газовых смесей. Так как в процессах сушки количе­ство водяного пара в воздухе может ме­няться, а количество сухого воздуха оста­ется постоянным, то целесообразно отно­сить все величины к 1 кг сухого воздуха (а не смеси).

Влагосодержание, абсолютная и отно­сительная влажность.

Масса пара в 1 м3 влажного воздуха, численно равная плот­ности пара _п при парциальном давлении р_п, называется абсолютной влаж­ностью.

Отношение действительной абсолютной влажности воздуха _п к максимально воз­можной абсолютной влажности _о при той же температуре называют относитель­ной влажностью и обозначают че­рез :

_п/_о = р_п/р_о = 

где р_п — парциальное давление водяного пара во влажном воздухе; p_о — максималь­но возможное парциальное давление водя­ного пара при данной температуре.

Величина  выражается в процентах или относительных единицах.

Для сухого воздуха  = 0, для насыщенного воздуха =100%.

Величина относительной влажности са­ма по себе полностью не характеризует со­держание пара во влажном воздухе, для этого еще нужно знать температуру влаж­ного воздуха, однозначно определяющую величину ро.

Отношение массы водяного пара М_п, содержащегося во влажном воздухе, к мас­се сухого воздуха М_в называется влагосодержанием воздуха и измеряет­ся в килограммах на килограмм:

d=Mп/Mв.

Определяя массы сухого воздуха и водяно­го пара из уравнения состояния идеально­го газа, преобразуем выражение к виду

d=(p_пV/R_пТ)/(p_вV/R_вТ) = (_п/_в)р_о/(р-р_о) .

Считая, что для водяного пара _п=18,06кг/моль и для воздуха _в=28,95 кг/кмоль, то

d=18.06/28.95  p_п/(p-p_o).

Максимально возможное влагосодержание достигается при полном насыщении воз­духа водяными парами (=1,0):

d_max = 0,622 p_o/(p-p_o)

Если давление насыщенного пара ста­новится равным внешнему давлению р, что достигается при температуре кипения, то d.

Теплоемкость и энтальпия влажного воздуха. Изобарную теплоемкость влажно­го воздуха Ср обычно относят к 1 кг сухо­го воздуха, т. е. к (1+d) кг влажного воз­духа. Она равна сумме теплоемкостей 1 кг сухого воздуха и d кг пара:

c_p = c_pв+dc_pn.

В приближенных термодинамических расче­тах процессов с влажным воздухом в не­большом диапазоне температур можно при­менять удельную изобарную теплоемкость сухого воздуха с_рв1,00 кДж/(кг-К) = const, удельную изобарную теплоемкость водяного пара С_рв 2 кДж/(кг-К)=сопst. В этом случае, выражая теплоемкость в кДж/(кг-К), получим:

c_p = 1.0 + 2 d

Энтальпия влажного воздуха опреде­ляется как энтальпия газовой смеси, со­стоящей из 1 кг сухого воздуха и d кг во­дяного пара:

h=h_в+dh_n.

Энтальпия 1 кг сухого воздуха, кДж/кг, равна:

h_в=c_pt=t , кДж/кг

Энтальпия 1 кг пара, также в кДж/кг, достаточно точно может быть вычислена по формуле, в которой теплота испарения во­ды при 0°С принята равной 2500 кДж/кг, а теплоемкость пара — 2 кДж/(кг-К):

h_п = 2500 + 2t .

Тогда

h= t + (2500 + 2t) d

доп вопрос. hd-диаграмма влажного воздуха.

Ряд практических задач довольно просто решается с помощью hd-диаграммы, предложенной Л. К. Рамзиным. В диаграмме энтальпия (1+d) кг влажного воздуха (ось ординат) представлена как функция абсолютной влажности d, г/кг (ось абсцисс). Для удоб­ства пользования hd-диаграмма построе­на в косоугольных координатах: ось абс­цисс направлена под углом 135° к оси ординат.

Рис. hd -диаграмма влажного воз­духа.

В представленной на рис. диаграм­ме наклонная ось не показана, вместо нее из начала координат проведена горизон­тальная прямая, на которой даны значения влагосодержания. Таким образом, линии d=const — это вертикальные прямые, а ли­нии h=const — наклонные прямые. Так как энтальпия является линейной функцией t и d, то изотермы изображаются на диаграмме прямыми линиями. Кроме того, на диаграмме нанесены кривые = const. Кривая =100% —кривая насыщения; она является своего рода пограничной кривой, разделяющей область ненасыщенных со­стояний (вверху) и область тумана (вни­зу), в котором часть влаги находится в виде пара, а часть — в жидком или твердом виде.

Любая точка в hd-диаграмме обо­значает вполне определенное физическое состояние воздуха, а изменение этого со­стояния изображается линией процесса. Так, например, в процессе нагрева воздуха в калорифере (воздухонагревателе) влаго­содержание воздуха не изменяется (d - const), поэтому он изображается в hd-диаграмме вертикальной прямой (линия 14). В процессе охлаждения воздуха в воз­духоохладителе при d = const (линия 12) повышается его относительное влагосодер­жание и при определенной температуре t₂, равной температуре точки росы, воздух ста­новится насыщенным (ср=100%). При даль­нейшем охлаждении воздуха будет проис­ходить конденсация водяных паров из него и соответственно осушение воздуха (ли­ния 23). Количество сконденсированной влаги определяется конечной температурой воздуха t_s и выражается разностью влагосодержаний d₁-d₃

Воздух может охлаждаться и за счет непосредственного испарения в него воды, имеющей более низкую температуру. Если теплота, необходимая для испарения воды, берется только из окружающего воздуха, то влагосодержание его будет увеличивать­ся, а температура понижаться. Такой про­цесс адиабатного охлаждения влажного воздуха пойдет по линии 15 при h=const, а пределом охлаждения будет адиабатная температура мокрого термометра.

Доп вопрос 2. Дросселирование газов и паров

Д. наз. скачкообразное снижение давления потока, в результате прохождения ним местного гидродинам. и аеродинам. сопротивления.

1ТД для Д. q=Δh + Δuкин.+l техн.. т.к. мы рассматриваем адиабатичность движения , т.е. протекание без теплообмена с окружающей средой и q=0, Δuкин=0, lтехн=0, то Δh=0 ,т.к. Δh= cpΔT => ΔT=0, Т.к. T1=T2. При Д. реальных рабочих тел Т газа меняется( как увеличивается, так и уменьшается) .О знаке изм. Т судят по значению дроссельэффекта : α= при h=const, где α – дифференциальный дроссельэффект, Эффект Джоуля-Томпсона. Этот процесс уменьшения давления, в итоге которого нет ни увеличения кинетической энергии, ни совершения технической работы , наз. Д. Из 1ТД при отсутствии l техн., ад. Процесса и постоянной потенциальной энергии , гравитационных сил: h1=h2+ , где h1 и h2- значения энтальпии в сечении 1 и 2. Если скорость потока до и после пористой перегородки достаточно малы, так что ( )/2 , то h1=h2. И так при Д. рабочего тела его энтальпия остается постоянной, S иV увеличиваются, р падает. Т меняется по разному. Поскольку h= u+pv, то из равенства h1=h2, получим, что u1-u2= -(p1v1-p2v2). Для идеального газа h2-h1=cp(T2-T1)=0, т.е. Т2=Т1, u1=u2, p1v1=p2v2.

Из hs-диаграммы видно, что при Д. кипящей воды, она превращается во влажный пар( процесс 1-2а), при чем, чем больше падает давление, тем больше снижается Т пара и увеличивается степень его сухости.При Д. пара высокого давления и небольшого перегрева, пар сначала переходит в сухой насыщенный, затем во влажный, потом снова в сухой насыщенный и опять в перегретый, при чем его Т в итоге также уменьшается. Д. иногда используют для регулирования( уменьшения) мощности тепловых двигателей. Конечно такое регулирование не экономично, т.к. часть работы безвозвратно теряется, но вследствие своей простоты оно применяется достаточно часто. Поскольку при Д. реальных газов их Т уменьшается этот процесс широко используется в технике получения низких Т сжижения газов