Контрольна робота
Регенеративні цикли
Зміст
1. Фізичний сенс регенерації тепла в циклі теплового двигуна і способи її здійснення
. ККД циклу з одноступінчастої регенерацією тепла
. Багатоступінчастий регенеративний підігрів живильної води
Література
1 Фізичний сенс регенерації тепла в циклі теплового двигуна і способи її здійснення
Для з'ясування фізичної суті регенерації тепла доцільно розглянути ідеальні цикли для найпростішої ПТУ, де баланси теплової енергії не ускладнені додатковими втратами.
З термодинаміки відомо, що якщо між двома джерелами тепла з температурами Т 1 і Т 2 (T г і Т х) організувати робочий цикл, то його економічність, вимірювана термічним ККД ht, істотно залежить від виду циклу. Гранично можливе (тобто максимальне) значення ht має цикл Карно, що складається з двох ізотерм підведення і відведення тепла (Т 1 і Т 2) і двох адіабати - розширення і стиснення робочого тіла між цими изотермами. ККД такого циклу складає
h t=1 - (Т 2/Т 1).
Термічний ККД у будь-яких інших циклів, організованих між цими ж джерелами тепла, буде нижчою, в тому числі він буде нижчою і у циклу Ренкіна. Однак, існує ще один цикл, рівноцінний по економічності циклу Карно - так званий узагальнений цикл Карно. Розглянемо його більш детально, так як ідея його реалізації використовується для впровадження в практику побудови інших циклів з метою підвищення їх економічності. Цикл Карно і узагальнений цикл Карно показані на малюнку 1. регенерація тепло двигун підігрів
Малюнок 1 - Цикл Карно і узагальнений цикл Карно в діаграмі Т - s
Цикл 1-2 - 3 - 4-1 - цикл Карно. Якщо ж розширення робочого тіла з точки 1 організувати по деякої кривої 1-2 , то процес розширення повинен супроводжуватися відведенням відповідної кількості тепла, вимірюваного площею 1-2-в-г - 1 . Потім організовують ізотермічне охолодження робочого тіла до точки Причому зміна ентропії при цьому приймається таким же, як і в циклі Карно, тобто
s 2 - s 3=s 2?- S 3?.
Тоді, якщо цикл замкнути лінією 3-4 (стиснення робочого тіла з одночасним підведенням тепла), то при цьому необхідно до робочого тіла підвести кількість тепла, вимірюваного площею 3-4-б-а - Якщо процеси 3-4 і 1 2 подібні (еквідистантним), то величини теплової енергії, що бере участь у цих процесах, рівні. У цьому випадку можна організувати процеси циклу таким чином, що нагрівання робочого тіла в процесі 3-4 можна забезпечити за рахунок охолодження робочого тіла в процесі 1 2 (так званий внутрішній теплообмін). У такому випадку для нагріву робочого тіла в процесі 3-4 ми не вдаємося до послуг зовнішнього джерела тепла. Тоді теплообмін робочого тіла із зовнішніми джерелами тепла здійснюється так само, як і в циклі Карно 1-2 - 3 - 4-1 . Отже, ККД такого циклу дорівнює ККД циклу Карно. Цикл 1-2-3-4-1 і є узагальнений цикл Карно.
Внутрішній теплообмін робочого тіла на ділянках його розширення і стиснення називають регенерацією тепла в циклі (від латинського слова regeneratio - відновлення, відродження), а цикли теплових двигунів з регенерацією тепла - регенеративними циклами.
У розглянутому прикладі здійснюється гранична (повна) регенерація тепла в циклі, в результаті чого ККД досягає гранично можливої ??величини - ККД циклу Карно. Може бути і часткова регенерація, коли ККД регенеративного циклу менше ККД циклу Карно, але все ж більше, ніж у вихідному циклі - циклі без регенерації.
Як відомо, в паросилова техніці широке розповсюдження отримав цикл Ренкіна, термодинамічний ККД якого помітно нижче ККД циклу Карно. Дуже привабливою є ідея впровадження регенерації тепла в такий цикл Ренкіна, з тим, щоб його ККД наблизити до гранично можливого значенням - до ККД циклу Карно. Розглянемо можливі способи регенеративного теплообміну на прикладі циклу Ренкіна на сухому насиченому парі. Як уже зазначалося, для двоконтурних ЯЕУ АЕС з теплоносієм вода під тиском такі цикли найбільш доцільні й знайшли широке поширення.
У діаграмі Т - s такий цикл має вигляд ...
