Методы сравнения термических КПД обратимых циклов.

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Содержание

Введение…………………………………………………………………………..3

Общие методы анализа эффективности циклов тепловых установок

1.1О методах анализа эффективности циклов……………………………….4

1.2Методы сравнения термических КПД обратимых циклов…………......6

1.3Метод коэффициентов полезного действия в анализе необратимых циклов……………………………………………………………………………..8

1.4Эксергетический метод анализа эффективности тепловых установок………………………………………………………………………...10

Заключение……………………………………………………………………...17

Список используемой литературы…………………………………………...18

Введение

В данном реферате рассматриваются методы анализа циклов теплосиловых установок; анализируются особенности оценки эффективности циклов холодильных установок.

Для оценки эффективности теплосиловой установки следует ответить на две основные группы вопросов:

1) Насколько велик КПД обратимого цикла теплосиловой установки, от каких факторов он зависит и что следует предпринять для его увеличения?

2) Насколько велики необратимые потери в реальном цикле установки, как распределяются эти потери по отдельным элементам цикла и, следовательно, на усовершенствование какой части цикла теплосиловой установки надо обратить внимание с целью уменьшения степени необратимости цикла (и, следовательно, увеличения КПД цикла)?

Общие методы анализа эффективности циклов тепловых установок.

О методах анализа эффективности циклов

Располагая закономерностями различных термодинамических процессов, мы можем приступить к подробному рассмотрению циклов и принципиальных схем реальных тепловых установок. Условимся в дальнейшем тепловые установки, в которых осуществляется прямой цикл (т.е. цикл, в котором производится работа, отдаваемая внешнему потребителю), называть теплосиловыми установками, а установки, работающие по обратному циклу (т.е. циклу, для осуществления которого затрачивается работа, подводимая извне), — холодильными установками.

Циклы теплосиловых установок обычно подразделяют на три основные группы: газовые; паровые; прямого преобразования теплоты в электроэнергию.

Такая классификация циклов определяется следующими причинами. Общим для всех теплосиловых газовых циклов является то, что в течение всего цикла рабочее тело находится в одном и том же агрегатном состоянии — в виде газа. При этом рабочее тело находится в состоянии, далеком от линии насыщения, и благодаря сравнительно невысоким давлениям в сочетании с весьма высокими (по сравнению с критической) температурами его можно с точностью, вполне достаточной для качественного анализа, рассматривать как идеальный газ.

Отличительной чертой второй большой группы циклов теплосиловых установок (паровых циклов) является использование таких рабочих тел, агрегатное состояние которых в цикле меняется: в одной части цикла рабочее тело находится в жидком состоянии, в другой части — в виде двухфазной смеси (влажного пара), в третьей — в виде перегретого пара. Обычно перегретый пар находится в состояниях, настолько близких к области насыщения, что к нему не применимы законы идеального газа.

Третья группа объединяет стоящие несколько особняком от первых двух групп циклы теплосиловых установок, в которых осуществляется так называемое прямое преобразование теплоты в электроэнергию.

Методы оценки эффективности циклов холодильных установок в принципе те же, что и теплосиловых установок. В соответствии с этим в дальнейшем анализ циклов теплосиловых и холодильных установок будет проводиться, как правило, в два этапа — вначале анализ обратимого цикла, а затем — реального цикла с учетом основных источников необратимости. Условимся в дальнейшем термин «термический КПД» (η_т) употреблять только для обозначения КПД обратимого цикла, а КПД реального необратимого цикла будем называть внутренним КПД цикла η_i^ц.

Термин «внутренний» показывает, что речь идет о КПД собственно цикла: этот КПД характеризует степень совершенства процессов, совершаемых рабочим телом, но не отражает степени совершенства тех или иных узлов установки (они характеризуются так называемыми эффективными КПД, понятие о которых вводится в дальнейшем).

В соответствии с этим

(1.1.1)

(1.1.2)

где индексы «обр» и «действ» относятся соответственно к обратимому и реальному необратимому (действительному) циклам.

Степень совершенства обратимых циклов полностью характеризуется термическим КПД в сравнении с термическим КПД цикла Карно, осуществляемого в том же интервале температур. Некоторые наиболее употребительные методы анализа таких циклов описаны в следующем параграфе. Эффективность реальных циклов можно оценивать по значению внутреннего КПД, определяемого соотношением (1.2). Однако сама по себе величина еще не говорит о том, какова степень необратимости цикла. Поэтому при анализе реальных необратимых циклов часто используется понятие об относительном КПД цикла, определяемом следующим образом. Уравнение (1.2) для внутреннего КПД может быть записано в виде:

обозначая

(1.1.3)

и учитывая (1.1), получаем

(1.1.4)

Величина носит название внутреннего относительного КПД цикла. Она показывает, насколько действительный цикл менее совершенен, чем обратимый цикл (т.е. какую долю η_т составляет внутренний КПД действительного цикла).

Помимо необратимых потерь, имеющих место в процессах, осуществляемых собственно рабочим телом в цикле (эти потери учитываются внутренним относительным КПД цикла η^ц_oi), работа реальной теплосиловой установки сопряжена с потерями, обусловленными необратимостью тепловых, механических и электрических процессов в отдельных элементах всей теплосиловой установки. К ним относятся потери на трение в подшипниках турбины или при движении поршня в цилиндре, потери теплоты в паропроводах, электрические потери в электрогенераторе и т.д. С учетом этого эффективность теплосиловой установки в целом характеризуется так называемым эффективным КПД η^уст_е, представляющим собой отношение работы, отданной теплосиловой установкой внешнему потребителю, к количеству теплоты, подведенной к установке (вследствие неизбежных потерь теплоты обычно только часть ее воспринимается рабочим телом).

Другой путь оценки эффективности теплосиловой установки использует введенное понятие эксергии (работоспособности) системы. Подсчитывая потерю эксергии системы в каждом из основных элементов установки, можно оценить каждую из составных частей потери эксергии в целом для всей системы «горячий источник — теплосиловая установка — холодный источник» и на этой основе найти КПД. Эксергетический метод анализа тепловых установок подробно рассмотрен ниже.

Количественно (с позиций первого закона термодинамики) результаты анализа эффективности реальных необратимых циклов не зависят от того, каким из названных способов они выполняются. Однако, как будет видно из дальнейшего, метод, основанный на подсчете потерь эксергии, позволяет провести важный качественный анализ, во многих случаях выяснить основные источники необратимости в цикле.

Методы сравнения термических КПД обратимых циклов.

Как уже отмечалось выше, степень совершенства произвольного обратимого цикла определяется тем, насколько термический КПД этого цикла близок к термическому КПД обратимого цикла Карно, осуществляемого между крайними температурами рассматриваемого цикла. Сравнение величин η^о.ц.К_т(КПД обратимого цикла Карно) и (КПД произвольного обратимого цикла) можно провести, вычислив значения этих КПД. Однако такой способ не всегда удобен для сравнения, ибо в ряде случаев расчет q₁ и q₂ сопряжен с громоздкими вычислениями. Поэтому для сравнительного анализа обычно применяется один из двух следующих способов.

Первый способ заключается в использовании коэффициента заполнения цикла, который представляет собой отношение площади данного цикла в Т, s-диаграмме (заштрихована в клетку на рис.1, а) к площади соответствующего (т.е. осуществляемого в том же интервале температур и энтропий) цикла Карно (площадь 1-2-3-4-1 на рис.1, а). Из двух циклов, осуществляемых в одном и том же интервале температур, большее значение ηт имеет тот, у которого выше коэффициент заполнения.

Второй способ основан на понятиях средних температур подвода и отвода теплоты в цикле.

Рис.1.

Рассмотрим произвольный обратимый цикл, изображенный на рис.1, б. Теплота, подводимая к рабочему телу в этом цикле (q₁), изображается площадью mabcnm; величина q₁ определяется соотношением

(1.2.1)

Отводимая теплота q₂ изображается площадью madcnm; величина q₂ определяется соотношением

(1.2.2)

Введем понятие о средних температурах подвода и отвода теплоты в цикле. Будем определять среднюю температуру подвода теплоты соотношением

(1.2.3)

среднюю температуру отвода теплоты — соотношением

(1.2.4)

Из этих определений очевидно, что средняя температура подвода (отвода) теплоты — это температура такого изотермического процесса, для которого подвод (отвод) теплоты q₁ (q₂) приводит к такому же изменению энтропии, что и в действительном процессе. В самом деле, из (1.2.1) и (1.2.3) следует, что

(1.2.5)

а из (1.2.2) и (1.2.4) — что

(1.2.6)

Получаем следующее соотношение для термического КПД рассматриваемого произвольного обратимого цикла:

(1.2.7)

Таким образом, термический КПД произвольного обратимого цикла, осуществляемого в интервале температур от T₁ до Т₂, равен термическому КПД обратимого цикла Карно, осуществляемого в более узком интервале температур — от Т_1ср до T_2ср (см. рис.1, б).

Чем выше средняя температура подвода теплоты T_1ср и чем ниже средняя температура отвода теплоты T_2ср, тем выше термический КПД цикла. Вычисление интегралов в уравнениях (1.2.3) и (1.2.4) производится методами численного или графического интегрирования. В этой связи температуры Т1ср и T2ср иногда называют среднепланиметрическими. Повышение средней температуры подвода теплоты и понижение средней температуры отвода теплоты эквивалентны увеличению коэффициента заполнения цикла. В дальнейшем при анализе обратимых циклов будут использованы оба эти метода.

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 874; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!