21. Анализ цикла поршневого двс со смешанным подводом теплоты. В ДВС с воспламенением рабочей смеси (около ВМТ) от электрической искры время сгорания очень мало, в связи, с чем допустимо принять, что процесс подвода теплоты осуществляется при постоянном объеме (процесс 3 – 2 и процесс 5 – 1). В рассматриваемом цикле степень предварительного расширения ρ равна единице.
Таким образом, термический КПД цикла с подводом теплоты при постоянном объеме зависит от свойств рабочего тела и конструкции двигателя. Это иллюстрируется графиком (приложение 2), который показывает, что термический КПД двигателя увеличивается по мере увеличения степени сжатия ε.
Нагрузка на двигатель в термодинамическом цикле характеризуется количеством теплоты, подводимый к рабочему телу от горячего источника. Для цикла с подводом теплоты при постоянном объеме(V=const).
Следовательно, нагрузка при заданных значениях Сv и Т2 пропорциональна степени повышения давления λ и не зависит от степени сжатия ε. Это свидетельствует о том, что термический КПД при изменении нагрузки не меняется.
Показывает, что с увеличением количества подведенной теплоты (степень повышения давления λ) среднее давление цикла ρ также увеличивается.
В цилиндрах двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия при такте сжатия сжимается чистый воздух. Вблизи от ВМТ в цилиндр двигателя через форсунку впрыскивается распыленное топливо, которое в среде горячего воздуха самовоспламеняется и сгорает.
Процесс подвода теплоты к рабочему телу принимается в этом случае изобарным (Р=const).
ηt=1-1/(εk-1)*(λ*ρk-1)/(λ-1+k*λ*(ρ-1)).
Данная формула показывает, что термический КПД рассматриваемого цикла увеличивается при возрастании степени сжатия ε (приложение 2) и уменьшается при возрастании степени предварительного расширения ρ (приложение 2).
При увеличении нагрузки двигателя, то есть при увеличении количества подведенной теплоты, увеличивается степень предварительного расширения ρ и не изменяется степень сжатия. Следовательно, по мере увеличения нагрузки двигателя термический КПД цикла при постоянном давлении уменьшается (приложение 2). Это подтверждается sT – диаграммой (приложение 1), показывающей, что по мере увеличения подвода теплоты выигрыш в работе цикла от дополнительных количеств теплоты постепенно уменьшается.
22. Эксергия Теплоты Максимальную полезную работу (работоспособность) в совре-
менной термодинамике принято называть э к с е р г и е й 1)
. В данном случае вели-
чина — это эксергия источника работы, находящегося в объеме V; будем
обозначать эту величину EV. Таким образом,
EV= (U – U0) – T0(S – S0) -p0(V0 – V).
Э к с е р г и е й т е п л о т ы , отбираемой от горячего источника с температурой T1, называют ту максимальную полезную работу, которая может быть получена за счет этой теплоты при условии, что холодным источником теплоты служит
окружающая среда с температурой T0. Условимся в дальнейшем обозначать
эксергию теплоты Eq.
Чем больше разность температур между горячим и холодным
источниками, тем бóльшая доля теплоты, отбираемой от горячего источника,
может быть превращена в работу в цикле.
Необходимо отчетливо представлять себе, что поскольку рабочее тело совер-
шает замкнутый процесс, то его внутренняя энергия в результате совершения
цикла не изменяется и поэтому работа может быть произведена только за счет
теплоты Q1, сообщаемой рабочему телу горячим источником. Важно отметить,
что эксергия теплоты не зависит от давления среды p0, так как объем рабочего тела в результате совершенного им кругового процесса остается неизменным, окружающая среда не подвергается в итоге сжатию или расширению и вся работа, произведенная рабочим телом за цикл, может быть использована по нашему усмотрению, т.е. является полезной. Доля теплоты Q1, превращенной в работу в цикле, тем больше, чем выше термический КПД цикла. Как показано ранее, в заданном интервале температур наибольший термический КПД имеет обратимый цикл Карно. Следовательно, максимальная
полезная работа некоторого количества теплоты Q1, отбираемой от горячего
источника с температурой T1, будет получена в том случае, когда в рассматриваемой системе осуществляется обратимый цикл Карно.
Отсюда следует:
где
—
термический КПД обратимого цикла Карно,
осуществляемого в
интервале температур T1—T0.
Как видно из этого уравнения, эксергия (работоспособность) теплоты Еq
тем
больше, чем меньше отношение T0/ T1. Если температуры источников теплоты
равны между собой (T0= T1), то эксергия теплоты в этом случае равна нулю.
Если между двумя рассматриваемыми источниками теплоты осуществляется
необратимый цикл, то полезная работа теплоты, отбираемой от горячего источ-
ника, меньше, чем эксергия (работоспособность) теплоты, поскольку термиче-
ский КПД любого необратимого цикла, как помнит читатель, всегда меньше
термического КПД обратимого цикла Карно.
23. Анализ цикла гту с изобарным подводом теплоты.
В качестве простейших циклов газотурбинных установок (ГТУ) приняты: цикл с изобарным подводом теплоты и цикл с изохорным подводом теплоты. Эти циклы отличаются от соответствующих циклов д. в. с. процессом отвода теплоты — изохорный процесс отвода заменен изобарным. Современные ГТУ в основном работают с изобарным подводом теплоты.
Рис. 7.6. Цикл ГТУ с изобарным подводом теплоты
Теоретический цикл ГТУ с изобарным подводом теплоты (рис. 7.6) состоит из процесса адиабатного сжатия воздуха 1—2 в компрессоре, процесса изобарного подвода теплоты 2—3 в камере сгорания и процесса адиабатного расширения 3—4 продуктов сгорания в соплах газовой турбины. После преобразования кинетической энергии струи газа на рабочих лопатках и процесса отвода теплоты 4—1 от газа в окружающую среду при постоянном давлении р1 цикл завершается.
Полезная работа в цикле равна разности между технической работой турбины и технической работой, затраченной на привод компрессора.
Полезная работа в цикле равна разности между технической работой турбины и технической работой, затраченной на привод компрессора.
Цикл газовой турбины с изобарным подводом теплоты характеризуется степенью повышения давления в цикле .
Можно показать, что .
То есть термический к. п. д. цикла ГТУ с подводом тепла при p=const увеличивается с увеличением степени повышения давления.
24. Теплофикационные циклы с турбинами с отбором пара.
На рис. 11.40 показана схема ТЭЦ с турбинами с отбором пара. В этой схеме
часть пара достаточно высоких параметров отбирается из промежуточных ступе-
ней турбины (с этой точки зрения эта схема напоминает схему установки с реге-
неративными подогревателями). Отобранный пар может быть либо направлен на
производство (так называемый производственный отбор), откуда в установку воз-
вращается конденсат (рис. 11.40, а), либо в специальные подогреватели-теплооб-
менники (ПТ), в которых этот пар нагревает воду, используемую для отопитель-
ных целей (так называемый теплофикационный отбор, рис. 11.40, б). Следует
заметить, что на современных ТЭЦ наиболее распространены турбины с отбо-
ром пара.
Для характеристики экономичности работы ТЭЦ применяется так называемый
коэффициент использования теплоты K, определяемый как отношение суммы
полезной работы, произведенной в цикле, lэ
и теплоты q2, отданной внешнему
потребителю, к количеству теплоты q1, выделившейся при сгорании топлива:
или,
что то же самое,
где N — электрическая мощность установки; В — часовой расход топлива;
—
теплота сгорания
топлива; Q — количество теплоты, отданной
внешнему потребителю (за 1 час).
Значение K тем ближе к единице, чем совершеннее установка, т.е. чем
меньше потери теплоты в котлоагрегате и паропроводе, механические потери в
турбине, механическиe и электрические потери в электрогенераторе.