Изобарный процесс ( )
В диаграммах Ts- и hs- (рис. 3.3 и 3.4 соответственно) изобара обозначается линией 1р-а-2р.
Участок 1р-а - это изобарная подсушка влажного насыщенного пара
Участок а-2р - это изобарный перегрев пара.
Подводимое тепло, работа, изменение внутренней энергии находятся с помощью уже известных соотношений:
,
,
.
Изотермический процесс ( )
В TS-диаграмме изотермические процессы реального и идеального газов изображаются одинаково. Изображения изотермических процессов в pv-диаграмме показаны на рис. 3.1. В hs-диаграмме изотерма обозначается линией 1t-а-2t (рис. 3.4).
Участок 1t-а - это изобарно-изотермическая подсушка влажного насыщенного пара. Как видно, отличительной чертой изотермы водяного пара является то, что в области насыщенного пара изобара и изотерма совпадают.
Участок а-2t - это изотермический перегрев пара.
Подводимое
тепло определяется на основании
известного изменения энтропии:
.
Изменение
внутренней энергии
.
В
отличие от идеального газа изменение
внутренней энергии водяного пара при
не равно нулю. Последнее обусловлено
изменением потенциальной составляющей
внутренней энергии:
.
Работа
изотермического расширения водяного
пара находится на основании первого
закона термодинамики:
.
Адиабатный процесс (q = 0)
В pv-, TS- и hs- диаграммах водяного пара обратимый процесс адиабатного расширения показан на рис. 3.5.
Рис. 3.5
Зависимость
pv- для адиабатного процесса водяного
пара, как и для идеального газа, может
быть описана уравнением
.
Однако,
для водяного пара
,
а определяется экспериментально.
В
области перегретого пара за усредненное
значение можно принимать
.
Для влажного насыщенного пара
,
где x
– степень сухости.
Принято при расширении определять k по значению x в начальном состоянии, а при сжатии - в конечном.
Работу
расширения находят, используя первый
закон термодинамики и то обстоятельство,
что в данном процессе
:
.
3.9. Паросиловые установки
Паросиловые установки являются самыми древними в теплоэнергетике. Их история берет свое начало от машин Ползунова и Уатта. Пройдя длительный путь развития, паросиловые установки к нашему времени достигли весьма высокой степени совершенства. Основная часть вырабатываемой в мире электроэнергии обеспечивается тепловыми электрическими станциями, т.е. паросиловыми установками. Современные атомные электростанции также представляют собой паросиловые установки, в которых пар получается за счет использования тепла, выделяющегося в ходе ядерных реакций.
Термодинамической основой всех паросиловых установок является цикл Ренкина.
Схема паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина, представлена на рис. 3.6. Она включает в себя парогенератор (паровой котел) 1, обеспечивающий получение влажного пара; пароперегреватель 2, в котором происходит изобарный перегрев пара. Затем пар подается в паровую турбину 3, где происходит расширение пара. В конденсаторе 4 конденсируется отработавший пар. Конденсатный насос 5 подает конденсат снова в парогенератор 1.
Цикл Ренкина состоит из следующих процессов: 1-2 – адиабатное расширение пара в паровой турбине; 2-3 – изобарно-изотермическая конденсация пара в конденсаторе; 3-4 – изохорно-адиабатное повышение давления в конденсатном насосе; 4-5 – изобарный подогрев конденсата в паровом котле до температуры кипения; 5-6 – изобарно-изотермическое парообразование в паровом котле; 6-1 – изобарный перегрев пара в пароперегревателе.
Рис. 3.6. Схема паросиловой установки
В pv- и Ts- координатах цикл Ренкина показан на рис. 3.7 и 3.8, соответственно.
Рис. 3.7 Рис. 3.8