Файл: Ответы к экзаменационным вопросам по предмету Основы энергетики.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 02.05.2024
Просмотров: 62
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
В термодинамике для анализа работы тепловых машин весьма широко используются энтропийные диаграммы (TS, iS идр.).
Наиболее распространена Ts-диаграмма (тепловая диаграмма). В этой диаграмме площадь под кривой процесса пропорциональна количеству подведенного тепла, как это показано на рис. 2.4
.
11) Изотермический процесс-это процесс, происходящий в физической системе при постоянной температуре (T = const).
При постоянной температуре dU =0, поэтому все сообщаемое системе количество теплоты расходуется на совершение работы против внешних сил.
Изотермический процесс:
dQ = dA
12) Изобарный процесс-это процесс, происходящий в физической системе при постоянном давлении (p = const). При этом изменяются объем и температура, следовательно, совершается работа dA = pdV и изменяется внутренняя энергия dU.
Изобарный процесс :
dQ = dU+pdV
При изобарном процессе dQp = CpdT, поэтому первое начало термодинамики примет вид:
CpdT = CvdT + pdV
Уравнение состояния для моля идеального газа:
pV = RT
Для изобарного процесса это уравнение примет вид
pdV = RdT
Соотношения Cp = Cv+R или Cp-Cv = R называют уравнением Майера.
13) Изохорный процесс-это процесс, происходящий в физической системе при постоянном объёме (V = const). Так как V = const, то dV =0, а следовательно, и dA = pdV = 0.
Вся теплота, сообщенная газу при изохорном процессе, идет на увеличение его внутренней энергии.
Изохорный процесс :
dQ = dU
CvdT = dU
(Cv - молярная теплоемкость газа при постоянном объеме)
14) Адиабатный процесс - это процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой.
Адиабатными можно считать быстро протекающие процессы. При быстром сжатии газа затрачивается работа, приводящая к увеличению внутренней энергии и повышению температуры. Тело, температура которого повышена, должно некоторое количество теплоты передать окружающей среде, но процесс теплопередачи требует некоторого времени, поэтому при быстром сжатии (или расширении) теплота не успевает распространиться из данного объема, то есть dQ = 0, и процесс можно рассматривать как адиабатный.
Адиабатный процесс (первое начало термодинамики):
dA = -dU.
15) Политропный процесс это процесс, в котором теплоемкость остается постоянной. Политропным процессом являются изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный процессы, потому что все они имеют общую особенность - они происходят при постоянной теплоемкости.
В первых двух процессах теплоемкости соответственно равны Cv и Cp, в изотермическом процессе (dT=0) теплоемкость равна бесконечности, в адиабатном политропный процесс равна нулю. График политропного процесса показан ниже:
Политропа это график зависимости между параметрами состояния идеального газа при
. Политропа в координатах p, V - гипербола, занимающая промежуточное положение между изотермой и адиабатой.Исходя из первого начала термодинамики при условии постоянства теплоемкости (
), можно вывести уравнение политропы:
- уравнение политропы,где
- показатель политропы.16)(не уверен в билете, одна фигня в интернете)Многоступенчатые поршневые компрессоры широко применяются для автоматизации промышленных предприятий, в автомобилестроении, используются для заправки баллонов для систем пожаротушения, аварийно-спасательных служб и баллонов дыхательных агрегатов.
Поршневые компрессоры невероятно востребованы, поскольку это наиболее дешевое средство производства и переработки сжатого воздуха. К тому же при профессиональном подходе, многоступенчатые поршневые компрессоры не только высокоэкономичные, но и удобные в обслуживании.
16. Круговые термодинамические процессы
При однократном расширении рабочего тела можно получить ограниченное количество работы. Для непрерывного превращения теплоты в работу необходимо, чтобы процесс совершался непрерывно, т.е. шёл по кругу. Термодинамический процесс, в котором начальное и конечное состояния совпадают, называется круговым процессом или циклом. Для повторного получения работы необходимо возвратить рабочее тело в исходное состояние, то есть сжать рабочее тело. На сжатие рабочего тела должна быть затрачена работа, эта работа подводится к рабочему телу от какого-либо внешнего источника. Очевидно, что процесс сжатия рабочего тела нужно осуществлять по пути, отличному от пути процесса расширения. Иначе суммарная работа, полученная в результате кругового процесса, будет равна нулю: l = l
р – lсж.
Путь процесса сжатия следует выбирать таким образом, чтобы работа сжатия по абсолютной величине была меньше работы расширения. На рис. pv-диаграмме приведен круговой процесс, в котором рабочее тело расширяется по кривой 1-3-2.При этом работа расширения численно равна пл. 132451. Процесс возвращения рабочего тела из конечного состояния 2 в начальное состояние может осуществляться одним из следующих путей:
1. По кривой сжатия 2-3-1. При этом работа сжатия (пл. 231542) будет равна работе расширения (пл. 132451). В результате суммарная работа в таком круговом процессе равна нулю.
2. По кривой сжатия 2-6-1, расположенной над кривой расширения 1-3-2. При этом работа сжатия (пл. 261542) больше работы расширения (пл. 132451). Суммарная работа в таком круговом процессе будет отрицательной.
3. По кривой сжатия 2-7-1, расположенной ниже кривой расширения. В этом круговом процессе работа расширения (пл. 132451) больше работы сжатия (пл. 271542), аплощадь, ограниченная замкнутой кривой 1-3-2-7-1, представляет собой работу цикла. Следовательно, чтобы работа была положительной, нужно, чтобы кривая сжатия 2-7-1в рv-диаграмме была расположена ниже кривой расширения 1-3-2. Многократно, повторяя такой круговой процесс, можно за счет подвода теплоты получить любое количество работы,
Рис. 12. Замкнутый круговой процесс (цикл) а – прямой , б – обратный цикл.
Цикл, в результате которого производится положительная работа, называется прямым. Такой цикл в Рv-диаграмме протекает по часовой стрелке. Все тепловые двигатели работают по прямым циклам (рис. 12 а). Цикл, в результате которого получается отрицательная работа, называется обратным (рис. 12 б). В нем работа сжатия больше работы расширения. По обратным циклам работают холодильные машины. Циклы могут быть обратимыми и необратимыми.
Обратимым термодинамическим циклом называется цикл, все процессы в котором обратимы. Необратимым термодинамическим циклом называется цикл, в котором хотя бы один из составляющих его процессов необратим.
Для отвода и подвода теплоты используются источники теплоты. Если источник отдает рабочему телу теплоту, то его называют теплоотдатчиком, или горячим источником теплоты (нагревателем), если источник получает от рабочего тела теплоту - теплоприемником
, или холодным источником теплоты (холодильником).
17. Паротурбинные электростанции
На современных тепловых электростанциях большой мощности превращение теплоты в работу производится в циклах, использующих в качестве основного рабочего тела водяной пар высоких давлений и температур. Водяной пар производится парогенераторами (паровыми котлами), в топках которых сжигаются различные виды органического топлива: уголь, мазут, газ и др. Термодинамический цикл преобразования теплоты в работу с помощью водяного пара был предложен в середине XIX в. инженером и физиком У. Ренкиным.
В парогенераторе 1 за счет теплоты сжигаемого топлива вода, нагнетаемая в парогенератор насосом 5, превращается в водяной пар, который затем поступает в турбину 2, вращающую электрогенератор 3. Тепловая энергия пара преобразуется в турбине в механическую работу, которая в свою очередь преобразуется в генераторе в электроэнергию. Из турбины отработанный пар поступает в конденсатор 4, где он конденсируется (превращается в воду). Насос 5 нагнетает конденсат в парогенератор, замыкая таким образом цикл.
На рис. 2.2, а и б изображен цикл Ренкина на перегретом паре в p,v- и Т,s-диаграммах, состоящий из следующих процессов:
—изобара 4—5—6—1 — процесс нагрева, испарения воды и перегрева пара в парогенераторе за счет подводимой теплоты сгорания топлива q1
—адиабата 1—2 — процесс расширения пара в турбине с совершением полезной внешней работы lат;
—изобара 2—3 — процесс конденсации отработанного пара с отводом теплоты q2охлаждающей водой;
—адиабата 3—4 — процесс сжатия конденсата питательным насосом до первоначального давления в парогенераторе с затратой подводимой извне работы /ан.
Рис.2.2. Цикл Ренкина на перегретом паре b p, v- и Т, s-диаграммах
В соответствии со вторым законом термодинамики полезная работа за цикл равна разности подведенной и отведенной в цикле теплоты: Термодинамические исследования цикла Ренкина показывают, что его эффективность в большой степени зависит от величин начальных и конечных параметров (давления и температуры) пара.
18. Газотрубинные установки
Газотурбинная установка представляет собой универсальное модульное устройство, которое объединяет в себе: электрогенератор, редуктор, газовую турбину и блок управления. Также, присутствует и дополнительное оборудование, такое как: компрессор, устройство запуска, аппарат теплового обмена. Газотурбинная установка способна функционировать не только лишь в режиме вырабатывания электроэнергии, но и производить совместное производство электрической энергии с тепловой. Опираясь на то, что пожелает клиент, производство газотурбинных установок способно исполняться с универсальной системой, когда выхлопные газы применяют для получения пара либо же горячей воды.
Данное оборудование имеет два главных блока: турбину силового типа и генератор. Они размещаются в одном блоке.
Схема газотурбинной установки очень проста: газ, образующийся после перегорания топлива, начинает способствовать вращению лопастей самой турбины.
Таким образом, образуется крутящий момент. Это приводит к образованию электрической энергии. Выходящие газы осуществляют превращение воды в пар в котле – утилизаторе. Газ в данном случае работает с двойной пользой.
Замкнутый цикл газотурбинной установки подразумевает под собой следующее: газ через компрессор подается в калорифер (теплообменник), куда поступает тепло от внешних источников. Затем он подается в газовую турбину, где осуществляется его расширение. Давление газа при этом получается меньше.
После этого газы попадают в холодильную камеру. Тепло оттуда выводится во внешнюю среду. Потом газ направляется в компрессор. Затем цикл возобновляется заново. Сегодня в энергетике аналогичное оборудование почти не применяется.
Производство газотурбинных установок такого типа осуществляется в больших размерах. Также, имеются потери и низкое значение КПД, напрямую зависящее от температурных показателей самого газа до турбины.
Разомкнутый цикл газотурбинной установки используют намного чаще. В этом оборудовании компрессором осуществляет подача воздуха из окружающей среды, который при высоком давлении попадает в специально предназначенную камеру сгорания. Тут происходит сжигание топлива.
Температура органического топлива достигает отметки в 2000 градусов. Это может привести к повреждению металла самой камеры. Чтобы предотвратить это, в нее подается много воздуха, чем это нужно (примерно в 5 раз). Это существенно снижает температуру самого газа и защищает металл.
Схема газотурбинной установки с разомкнутым циклом
Схема газотурбинной установки с разомкнутым циклом выглядит следующим образом: топливо подается в газовую горелку (форсунки), располагаемой внутри жаропрочной трубы. Туда нагнетается и воздух, после чего осуществляется процесс сгорания топлива. Таких труб несколько и располагаются они концентрически. Поступает воздух в имеющиеся между ними зазоры, создавая защитный барьер и препятствуя выгоранию. Благодаря трубам и потоку воздуха камера находится в надежной защите от перегревания. При этом на выходе температура газов ниже, чем у самого топлива. Металл может выдерживать 1000 – 1300°С. Именно такие показатели температуры газов камеры и присутствуют в современных газотурбинных аппаратах.