39_tot (1)-конвертирован. Курс лекций по дисциплине теоретические основы теплотехники удк 621 016 Краткий курс лекций по дисциплине "Теоретические основы теплотехники" Учеб пособие А. А. Джамалуева, 2020. 127 с
 Скачать 0.66 Mb.
|
|
Термический коэффициент полезного действия таких установок зависит от начальной температуры газа, от температуры газа в конце адиабатного расширения и от степени регенерации. Степень регенерации, в свою очередь, зависит от конструкции теплообменника, которая определяет величину рабочих поверхностей теплообмена.  q1P 2 5 3 6 1 4 ом те  q2 V Рисунок 3.10 – PV-диаграмма ГТУ с подвод плоты при Р=const и регенерацией Экономичность ГТУ можно повысить, осуществив изотермический отвод и подвод теплоты. На практике из-за конструктивных трудностей невозможно в полной мере осуществить изотермические процессы сжатия и подвода теплоты. Для приближения действительного процесса сжатия к изотермическому, в компрессорах применяют многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением. Для приближения действительного процесса подвода теплоты к изотермическому применяют ступенчатое сгорание с расширением продуктов сгорания в отдельных ступенях турбины. Чем больше число ступеней расширения и сжатия, тем выше термический КПД. Но применение большого количества камер сгорания и холодильников нецелесообразно, т.к. это в значительной степени усложняет конструкцию ГТУ и увеличивает потери от необратимости процессов. Обычно исходя из технико-экономических соображений ГТУ делают с 2-ступенчатым расширением и 3-ступенчатым сжатием. В такой установке воздух последовательно сжимается в отдельных ступенях компрессора и охлаждается в промежуточных холодильниках. Сжатый до высокого давления воздух поступает в 1- ю камеру сгорания, где нагревается до максимальной температуры. После расширения в турбине газ поступает во 2-ю камеру сгорания, где вследствие сжигания топливо при P=const опять нагревается до предельной температуры. Затем продукты сгорания расширяются во 2-й турбине (или во 2-й ступени турбины) и выбрасываются в атмосферу. Если в ГТУ осуществляется цикл с регенерацией теплоты, то нагревание сжатого воздуха может быть произведено за счет охлаждения отработанных газов. Рассмотрим идеальный цикл такой установки на ТS-диаграм- ме (рис. 3.11).  7 9T 5 3 1 S Рисунок 3.11 – TS-диаграмма схемы ГТУ с 3-ступенчатым сжатием и 2-ступенчатым расширением Цикл состоит из следующих процессов: 1-2 – адиабатное сжатие в компрессоре, 1-я ступень; 2-3 – охлаждение в холодильнике при P=const; 3-4 – адиабатное сжатие, 2-я ступень; 4- 5 - охлаждение в холодильнике при P=const; 5-6 - адиабатное сжатие в компрессоре, 3-я ступень; 6-12 – изобарный подвод теплоты в регенераторе; 12-7 – подвод теплоты при P = const в камере сгорания , 1-я ступень; 7-8 – адиабатное расширение продуктов сгорания в 1-й ступени турбины; 8-9 - подвод теплоты при P = const во 2-й камере сгорания ; 9-10 - адиабатное расширение продуктов сгорания во 2-й ступени турбины; 10-11 – изобарный отвод теплоты от газов в регенераторе и 11-1 - изобарный отвод теплоты от газов при выхлопе отработанных газов в окружающую среду. Все действующие ГТУ работают по разомкнутой схеме, в которой продукты сгорания после работы на лопатках турбины выбрасываются в атмосферу. В этих схемах применяют жидкое или газообразное топливо, содержащее минимальное количество твердых частиц. При использовании твердых топлив ГТУ работают по замкнутому процессу, где рабочим телом является чистый воздух или другой газ, нагреваемый в поверхностных теплообменниках. Вопросы для самоконтроля Охарактеризовать основные источники механической работы. В чем заключается принцип работы газотурбинной установки с подводом теплоты при постоянном давлении? Как осуществляется цикл газотурбинной установки с подводом теплоты при постоянном объеме? Охарактеризовать основные методы повышения коэффициента полезного действия газотурбинной установки с подводом теплоты при постоянном давлении. Циклы паротурбинных установок Общие сведения Современная стационарная энергетика базируется в основном на паротурбинных установках (ПТУ). Продукты сгорания топлива в ПТУ являются лишь промежуточным теплоносителем (в отличие от ПТУ и ДВС), а рабочим теплом служит пар какой-либо жидкости, чаще всего водяной пар. Такие установки используются на тепловых электростанциях, мощность электрогенераторов на которых достигает 1200000 кВт. Процесс получения работы в этих установках более сложный. Химическая энергия топлива при его сжигании превращается во внутреннюю энергию продуктов сгорания, которая затем в виде теплоты передаѐтся воде и пару, т.е. увеличивается кинетическая энергия рабочего тела. Затем кинетическая энергия пара преобразуется в механическую энергию паровой турбины, а дальше обычно - в электрическую энергию в электрогенераторе. ПТУ состоит как минимум из 9 блоков (рис. 3.12). В паровом котле 1 за счѐт теплоты продуктов сгорания вода при высоком давлении превращается в пар. Этот пар подсушивается в пароперегревателе 2, а затем перегревается (температура более 5000С). Перегретый пар совершает полезную работу, вращая паровую турбину 3. Турбина приводит в действие электрогенератор Отработанный пар поступает в конденсатор 5, где отдаѐт тепло охлаждающей воде. Полученный конденсат конденсационным насосом 6 направляется в питательный бак 7. С помощью насоса 8 вода сжимается до давления, равного давлению в котле. В подогревателе 9 температура увеличивается до температуры кипения при данном давлении и вода подается в паровой котел.   Рисунок 3.12 - Принципиальная схема ПТУ Как известно, наиболее совершенным циклом является цикл Карно. Рассмотрим цикл Карно для паротурбинной установки. Цикл Карно для паротурбинных установок Цикл Карно обеспечивает максимальный коэффициент полезного действия. Рассмотрим цикл на PV–диаграмме (рис. 3.13). Точка 1 характеризует начальное состояние кипящей воды при давлении P1. Воде при постоянном давлении и при постоянной температуре сообщается количество теплоты, равное теплоте парообразования. Полученный сухой насыщенный пар (точка 2) расширяется в паровой турбине; линия 23 - адиабатное расширение; точка 3 – влажный пар. Этот пар поступает в конденсатор, где отдаѐт тепло холодному теплоносителю, в результате чего степень сухости его понижается. Изотермы в области влажного пара являются одновременно и изобарами, поэтому процессы 12 и 34 протекают при постоянных давлениях р1 и р2. Влажный пар с параметрами точки 4 сжимается в компрессоре по линии 41 до начального состояния и полностью превращается в кипящую воду.  Р1V Рисунок 3.13 – Цикл Карно для ПТУ Таким образом, для осуществления цикла Карно достаточно четырех блоков: парового котла, паровой турбины, конденсатора, компрессора. При этом необходимо выполнение 2 условий: рабочим телом является сухой пар; отработанный пар полностью не конденсируется, а остается в виде влажного пара. На практике осуществить цикл Карно не удается. Причиной является очень большая работа сжатия влажного пара (площадь 14651 на рис. 3.13). Кроме того, невозможно сжать влажный пар из- за гидравлических ударов. Пар сжимается, а вода нет, поэтому в верхнем положении поршня компрессора будут осуществляться удары по крышке цилиндра, что приводит к разрушению компрессора. Цикл Ренкина для ПТУ За основной цикл в паротурбинной установке принят идеальный цикл Ренкина. В этом цикле осуществляется полная конденсация рабочего тела в конденсаторе, вследствие чего вместо громоздкого малоэффективного компрессора для подачи воды в котел применяют питательный водяной насос, который имеет малые габариты и высокий КПД. Кроме того, в цикле Ренкина возможно применение перегретого пара, что позволяет повысить температуру подвода теплоты и тем самым увеличить термический КПД цикла. Для реализации этого цикла используют все 9 блоков. Условия для реализации цикла: Используется в качестве рабочего тела перегретый пар; Отработанный пар полностью конденсируется, т.е. превращается в воду, кипящую при низком давлении. Рассмотрим цикл Ренкина на PV-диаграмме (рис. 3.14).  Р1V Рисунок 3.14 – Цикл Ренкина На диаграмме изображено: 12 – превращение кипящей воды во влажный пар в паровом котле (процесс парообразования); 23 – подсушивание пара в перегревателе (т.3 – сухой пар); 34 – перегрев пара в перегревателе при том же давлении Р1 (т.4 – перегретый пар); 45 – перегретый пар совершает полезную работу на лопатках паровой турбины при адиабатном расширении; 56 – отработанный пар полностью превращается в воду, кипящую при низком давлении Р2, в конденсаторе (отдавая теплоту охлаждающей воде); 67 – вода сжимается до давления Р1 насосом и 71 – нагревается от температуры в конденсаторе до температуры кипения. При этом повышением температуры воды при сжатии насосом пренебрегают. Полезная работа пара в цикле Ренкина изображается на PV-диаграмме площадью 12345671. Термический КПД. цикла Ренкина определяется по уравнению    q1 q2= q1 = . Применение hS-диаграммы значительно облегчает расчеты процессов и циклов, так как все теплоты на диаграмме равны расстоянию по ординате между точками. Коэффициент полезного действия таких ПТУ достигает 35%. Для повышения КПД используют следующие методы: Повышение давления перегретого пара (ограничения повышения давления определяются свойствами материала паропровода, т.е. его способностью выдерживать высокие давления пара). Повышение температуры перегретого пара (максимальная температура ограничивается жаростойкостью материала паропровода и лопаток турбины). Уменьшение давления отработанного пара в конденсаторе (ограничивается температурой воды, охлаждающей пар в конденсаторе). Вопросы для самоконтроля 1 В чем заключается принцип получения работы в паротурбинных установках? Назовите причины невозможности осуществления цикла Карно в паротурбинной установке. Охарактеризуйте цикл Ренкина и его особенности. Перечислите основные методы повышения коэффициента полезного действия цикла Ренкина. Двигатели внутреннего сгорания Общие сведения и классификация двигателей внутреннего сгорания Поршневым двигателем внутреннего сгорания (ДВС) называется машина, в рабочем цилиндре которой происходит сжигание топлива и преобразование теплоты в работу. Все современные поршневые ДВС разделяются на 3 группы: с быстрым сгоранием топлива при постоянном объеме (карбюраторные и газовые двигатели); с постепенным сгоранием топлива при постоянном давлении (компрессорные дизели); со смешанным сгоранием топлива частично при V=const и частично при P=const (бескомпрессорные дизели). Другая классификация ДВС - по способу воспламенения горючей смеси: двигатели с вынужденным (принужденным) зажиганием топлива и двигатели с зажиганием горючей смеси в атмосфере сжатого воздуха. По способу приготовления горючей смеси различают двигатели с внешним (карбюраторы) и с внутренним приготовлением горючей смеси. Кроме того, в зависимости от топлива различают двигатели, которые работают на жидком, газообразном и смешанном топливе. Различают 2 типа поршневых ДВС: четырехтактные и двухтактные. Такт – ход поршня от верхней точки до нижней. Все типы двигателей могут выполняться как 4-тактными, так и 2- тактными. Достоинствами ДВС являются экономичность, малая металлоемкость, быстрота запуска, надежность и относительная долговечность. Недостатком является загрязнение окружающей среды – атмосферы вредными выбросами (сажа, оксиды азота, углеводороды, оксид углерода, альдегиды), которые составляют до 50% общего количества вредных выбросов. Кроме того, основная масса выбрасывается в местах с высокой концентрацией людей, причем выброс происходит на уровне человека (особенно детей) и газы не рассеиваются на большие расстояния. Область применения: транспорт, на электростанциях для привода насосных установок, на нефте- и газоперерабатывающих и буровых установках, в сельском хозяйстве, на металлургических заводах (топливо - доменный и генераторный газ), в местах, не охваченных сетью электростанций (леспромхозы, геологоразведочные партии и д.р.). Мощность стационарных двигателей составляет от 20 до 3500 кВт (есть 20 МВт), а общая мощность поршневых двигателей значительно превышает в настоящее время мощность всех электростанций. Циклы двигателей с подводом теплоты при постоянном объеме Основные элементы двигателя внутреннего сгорания - цилиндр и поршень, соединенный кривошипно-шатунным механизмом с внешним потребителем работы. Цилиндр монтируется в верхней части картера, а сверху закрывается крышкой, в которой установлены впускной и выпускной клапаны и электрическая свеча зажигания (в карбюраторном и газовом двигателях) или форсунка в дизеле. В картере монтируется коленчатый вал, кривошип которого подвижно соединен с шатуном. Шатун сочленен с поршнем. Кроме основных деталей есть ряд вспомогательных механизмов для подачи топлива, смазки, охлаждения и другие устройства. Для двигателей с подводом теплоты при постоянном объеме применяют легкое топливо: бензин, газы (светильный или генераторный), спирты и др. Рассмотрим работу этого типа двигателя на индикаторной диаграмме (рис. 3.15). При движении поршня вниз за счет уменьшения давления в цилиндре происходит засасывание горючей смеси (топливо + воздух) в цилиндр: линия 01 – линия всасывания. При движении поршня вверх горючая смесь сжимается: линия 12 – линия сжатия.  РРисунок 3.15 – Индикаторная диаграмма двигателя внутреннего сгорания В точке 2, когда поршень еще немного не дошел до верхней мертвой точки, происходит воспламенение горючей смеси от электрической искры. Сгорание происходит почти мгновенно, т.е. практически при V=const: линия 23 – изохорное подведение теплоты. В результате сгорания температура и давление резко возрастают (точка 3), затем продукты сгорания расширяются, поршень перемещается в нижнее положение, а газы совершают полезную работу: линия 34 – расширение продуктов сгорания. В точке 4 открывается выхлопной клапан, давление в цилиндре падает почти до наружного и удаляются продукты сгорания: линия 40 – линия выхлопа. Дальше цикл повторяется. Рассмотренный рабочий процесс совершается за 4 хода поршня (такта). Такие двигатели называются четырехтактными.  Реальный цикл двигателя очень трудно анализировать из-за наличия трения, химических реакций в рабочем теле, конечных скоростей поршня, теплообмена. Поэтому термодинамика исследует идеальный цикл ДВС. В качестве рабочего тела принимают идеальных газ. Рассмотрим такой идеальный цикл двигателя на PV– диаграмме (рис. 3.16). 12 – адиабатное сжатие рабочего тела; 23 – изохорное подведение теплоты к рабочему телу;.34 – адиабатное расширение рабочего тела и совершение полезной работы; 41 – изохорное отведение теплоты от рабочего тела Рисунок 3.16 – PV-диаграмма ДВС с подводом теплоты при постоянном объеме Характеристиками цикла являются степень сжатия ε, степень повышения давления λ, термический КПД – η t: Ε ε = V1 / V2; λ = P3 / P2; ηt = 1 – q2 / q1 = 1 – (T4–T1) / (T3-T2) = 1 – 1/ εk-1, где к – показатель адиабаты. Из данных уравнений легко определить пути повышения КПД: повышение степени сжатия, уменьшение разности T4–T1 и увеличение разности T3-T2. Повышение степени сжатия ограничивается возможностью преждевременного возгорания (самовоспламенения) горючей смеси за счет повышения температуры и увеличением скорости сгорания смеси, что может вызвать детонацию (взрывное сгорание). Поэтому для каждого топлива должна применяться оптимальная степень сжатия: в зависимости от рода топлива она изменяется от 4 до 9, при этом КПД достигает 32%. Циклы двигателей с подводом теплоты при постоянном давлении Для повышения экологичности циклов с подводом теплоты при V =const необходимо применять высокие степени сжатия, но это ограничивается температурой самовоспламенения горючей смеси. Если же производить раздельное сжатие воздуха и топлива, то это ограничение отпадает. Воздух при большом сжатии имеет настолько высокую температуру, что подаваемое в цилиндр топливо самовоспламеняется без всяких специальных запальных приспособлений. Кроме того, раздельное сжатие позволяет использовать любое жидкое тяжелое и дешевое топливо – нефть, мазут, смолы, каменноугольные масла и др. Такими достоинствами обладают двигатели с постепенным сгоранием топлива при Р=const. В них воздух сжимается в цилиндре двигателя, а жидкое топливо распыляется сжатым воздухом от компрессора. Это позволяет увеличить степень сжатия до 20. Впервые предложил такой двигатель немецкий инженер Дизель. Рассмотрим цикл двигателя с постепенным сгоранием топлива при Р=const на PV-диаграмме (рис. 3.17).  Р 2 3V2 4 V3 1 V1 V Рисунок 3.17 – PV-диаграмма цикла ДВС с подводом теплоты при Р = const В данном цикле линия 12 – сжатие воздуха в цилиндре; линия 23 – изобарное подведение теплоты за счет сжигания топлива; линия 34- совершение полезной работы; линия 41 – изохорное отведение теплоты отработанных газов. Характеристиками цикла являются: степень сжатия ε, степень предварительного расширения ρ, термически КПД η t: ε = v1 / v2; ρ = v3 / v2; η t = 1 - q2 /q1 = cv (T4-T1) / cp (T3 – T2). Термический КПД таких циклов зависит от степени сжатия, показателя адиабаты и степени предварительного расширения: с увеличением степени сжатия и показателя адиабаты он увеличивается, а с увеличением степени предварительного расширения - уменьшается. КПД таких двигателей достигает 40%. Сравним циклы двигателей с подводом теплоты при V=const и P=const на TS–диаграмме (рис. 3.18).  ТS 23 – изохорное подведение теплоты, 2’3 – изобарное подведение теплоты Рисунок 3.18 – ТS-диаграмма циклов ДВС с подводом теплоты при V=const и P=const: Из TS-диаграммы видно, что в дизельном двигателе больше теплоты превращается в полезную работу при одинаковом количестве отведенной теплоты, т.е. КПД дизельных двигателей выше. Но они имеют недостатки: наличие компрессора, применяемого для подачи топлива, на работу которого расходуется 6-10% от общей мощности двигателя, что усложняет конструкцию и уменьшает экономичность двигателя; необходимость в сложных устройствах насоса, форсунки и т.д. Стремление упростить и улучшить работу таких двигателей привело к созданию бескомпрессорных двигателей. Проект разработал русский инженер Тринклер. Циклы двигателей внутреннего сгорания со смешанным подводом теплоты Двигатели со смешанным сгоранием топлива (бескомпрессорные дизели) лишены недостатков обоих рассмотренных типов двигателя. Жидкое топливо топливным насосом (30-40 МПа) подается через топливную форсунку в головку цилиндра в виде мельчайших капелек. Топливо, попадая в среду предварительно сжатого воздуха, нагретого в процессе сжатия до температуры, превышающей температуру воспламенения топлива, сгорает по мере ввода его в цилиндр сначала при v=const, а затем при р=const. Это достигается за счет использования специальных форсунок. Рассмотрим идеальный цикл двигателя со смешанным подводом теплоты на PV-диаграмме (рис. 3.19).  q’’Р Рисунок 3.19 – PV-диаграмма ДВС со смешанным подводом теплоты На рис. 3.19 изображены следующие процессы: 12 - адиабатное сжатие воздуха в цилиндре; 23 - изохорное подведение тепла q’1 к рабочему телу; 34 - изобарное подведение тепла q’’1к рабочему телу; 45 - адиабатное расширение рабочего тела и выполнение полезной работы; 51 - изохорное отведение теплоты q2 от тела. Характеристиками цикла являются: степень сжатия, степень повышения давления, степень предварительного расширения и термический КПД. Термический КПД цикла зависит от степени сжатия, степени повышения давления и степени предварительного расширения. Для этих двигателей обычно принимают степень сжатия, равную 10…14; степень повышения давления - 1,2…1,7; степень предварительного расширения -1,1…1,5. При этом КПД цикла достигает 50%. Необходимого указать на токсичность выхлопных газов ДВС. Содержание токсичных веществ (сажа, оксиды азота, углеводы, СО, альдегиды, соединения свинца) зависит от типа двигателя, применяемого топлива и др. Совершенствование рабочего процесса и конструкции ДВС осуществляется по следующим направлениям: качественная подготовка рабочей силы; равномерное распределение смеси; полное сгорание; нейтрализация токсичных компонентов в выпускной системе двигателя; перевод ДВС на новые, экологически более чистые топлива (сжиженный газ, спирт, водород). Вопросы для самоконтроля Охарактеризовать основные группы ДВС. В чем заключаются достоинства и недостатки ДВС? Дать характеристику двигателей с подводом теплоты при постоянном объеме. Каким образом осуществляются циклы двигателей с подводом теплоты при постоянном давлении? Охарактеризуйте цикл двигателей со смешанным подводом теплоты. Каковы основные направления совершенствования ДВС? Циклы холодильных установок Общие сведения В соответствии со 2-м законом термодинамики при обратном цикле Карно можно, затрачивая механическую работу, отнять теплоту от источника с низкой температурой и перенести еѐ к источнику с более высокой температурой. Машины, непрерывно поддерживающие температуры тел ниже температуры окружающей среды, называют холодильными. Область применения холодильных машин – охлаждение помещений и различных тел (угольные бассейны, горные рудники, химическая и газовая промышленность, машиностроение), сохранение пищевых продуктов, кондиционирование воздуха. Холодильные установки можно разделить на 2 группы: газовые или воздушные (характеризуются малым холодильным эффектом и большими габаритами); компрессорные паровые установки (рабочим телом являются пары различных веществ, характеризуются большой надѐжностью, широким распространением). Кроме этого есть ещѐ установки, основанные на других принципах: пароэжекторные и абсорбционные. В них для производства холода затрачивается не механическая работа, а теплота какого-либо рабочего тела с высокой температурой. Холодильная установка в отличие от теплового двигателя работает по обратному или холодильному циклу, наиболее совершенным типом которого является обратный цикл Карно. Показателем совершенства обратного цикла является холодильный коэффициент, который показывает отношение отведенной теплоты (q2) к совершенной работе ( l ): ε = q2/l. Чем больше отнимается удельного количества теплоты q2 и чем меньше при этом затрачивается механической работы, тем совершеннее холодильный цикл. Цикл воздушной холодильной установки Эти установки используют для охлаждения большого количества материалов и продуктов в промышленности и предприятиях питания. Рабочим телом является воздух - наиболее удобное, не вредное и доступное рабочее тело. Рассмотрим принцип действия установки, состоящей из 4 блоков: 1 - компрессор; 2 - теплообменник; 3 - расширительный цилиндр или детандер; 4 - холодильная камера (рис. 3.20, 3.21).  1 3Рисунок 3.20 – Принципиальная схема воздушной холодильной установки В компрессоре 1 осуществляют адиабатное сжатие (процесс 12), затем в теплообменнике 2 изобарно охлаждают сжатый воздух водой до температуры окружающей среды (линия 23), при этом от воздуха отводится теплота q1. В детандере 3 происходит адиабатное расширение сжатого охлажденного воздуха до начального давления (линия 34), при этом температура воздуха падает до –60…-700С. Далее осуществляют изобарное отведение тепла q2 от охлаждѐнного тела (линия 41), воздух при этом нагревается. Затем цикл повторяется.  ТS Рисунок 3.21 – TS-диаграмма цикла воздушной холодильной установки Холодильный коэффициент для данной установки определяется следующим образом: ε = (Т1 – Т4) / [(Т2 – Т3) – (Т1 – Т4)]. Для повышения эффективности установки необходимо повысить перепад температур в холодильной камере. Недостатками установки являются малая экономичность и громоздкость. Цикл паровой компрессорной холодильной установки Наибольшее распространение для охлаждения тел до температур минус 200С получили холодильные установки, в которых холодильным агентом являются легкокипящие жидкости – NH3, фреоны, сернистый ангидрид и др. Принципиальная схема цикла состоит из компрессора, теплообменника, дроссельного вентиля и камеры испарения (морозильная камера). В установке, работающей на парах NH3, осуществляют адиабатное сжатие пара NH3 в компрессоре и получение перегретого пара. Затем его вначале изобарно, а затем изобарно-изотермно охлаждают в теплообменнике, получая вначале сухой пар NH3, а затем – кипящий жидкий NH3. Жидкий аммиак дросселируется, при этом температура и давление его понижаются и получается влажный пар NH3. Затем осуществляют отведение тепла от охлаждаемых тел в морозильной камере (испарителе), получая при этом сухой пар NH3. В паровой компрессорной установке не применяется расширительный цилиндр, а рабочее тело дросселируется в регулировочном вентиле. Использование дросселя сопровождается возрастанием энтропии, что вызывает некоторую потерю холодопроизводительности, но это значительно упрощает установку и дает возможность легко регулировать давление пара и получать необходимую температуру в испарителе. Преимуществами паровых установок перед воздушными являются компактность, дешевизна, высокий холодильный коэффициент. Глубокое охлаждение Для производства сжиженных газов необходимо получать температуры –120…-1700С и ниже. В технике для получения низких температур используют 2 метода: метод, основанный на эффекте дросселирования (эффект Джоуля-Томсона); адиабатное расширение газа с отдачей внешней работы. Впервые цикл глубокого охлаждения с однократным дросселированием был осуществлѐн Линде. В установке Линде используется регенеративный принцип, который заключается в непрерывном понижении температуры при дросселировании для последующего охлаждения новой порции газа. Процесс продолжается до тех пор, пока не наступит температура сжижения газа. Рассмотрим простейшую схему установки высокого давления с однократным дросселированием для сжижения воздуха по методу Линде. В компрессоре воздух адиабатно сжимается, при этом температура его возростает. Сжатый воздух через регулятор поступает в теплообменник, где при Р = сonst за счет охлаждения проточной водой его температура сжижается до температуры окружающей среды. Охлажденный сжатый воздух поступает в следующий теплообменник, где охлаждается отработанным охлажденным воздухом. Охлажденный сжатый воздух дросселируется в дроссельном вентиле, при этом температура падает и часть воздуха превращается в жидкость, которая накапливается в резервуаре. Воздух, который не превратился в жидкость, поступает в теплообменник, где нагревается, охлаждая сжатый воздух. Потом цикл повторяется. Второй метод, заключающийся в адиабатном расширении газа с отдачей внешней работы, был осуществлен академиком П. Капица по циклу низкого давления с использованием турбодетандера. Вопросы для самоконтроля Охарактеризовать область применения холодильных установок и их основную особенность. Что показывает холодильный коэффициент? В чем заключается принцип работы воздушной и паровой компрессорной холодильных установок? Как осуществляется глубокое охлаждение? Литература Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. – М.: Высш. шк., 1980. – 469 с. Теплотехника: Учебник для вузов / А.П. Баскаков, В.В. Берг, О.К. Витт и др.; Под ред. А.П. Баскакова. – М.: Энергоиздат, 1982. – 264 с. Теплотехника (Курс общей теплотехники) / Под ред. И.Н. Сушкина. – М.: Металлургия, 1973. – 480 с. Теплотехника: Учеб. пособие / Под ред. Г.А. Матвеева. – М.: Высш. шк., 1981. – 480 с. Содержание Вступление 3 Основы технической термодинамики 4 Свойства рабочих тел 4 Первый закон термодинамики 15 Реальные газы 34 Второй закон термодинамики 50 Истечение паров и газов 61 Теплопередача 71 Теплопроводность 71 Конвективный теплообмен 92 Теплообмен излучением 115 Теплообменные аппараты 132 Прикладная термодинамика 137 Компрессоры 137 Циклы газотурбинных установок 144 Циклы паротурбинных установок 157 Двигатели внутреннего сгорания 162 Циклы холодильных установок 172 Литература 178 Л.В ДЕМЕНТИЙ, А.П. АВДЕЕНКО КРАТКИЙ КУРС ЛЕКЦИЙпо дисциплине «ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ» Редактор Хахина Нелли Александровна
ДГМА. 84313, Краматорск, ул. Шкадинова, 72 |