Примеры решения задач по физике

ЦИКЛЫ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

В газотурбинных установках (ГТУ) используется рабочее тело в виде газов, которые производят техническую работу в газовых турбинах (ГТ).

 


Наибольшее применение в энергетике нашли ГТУ с разомкнутым циклом (рис. 15.1).

рекламное агентство в твери читать;аниме хентай далее

В таких ГТУ воздух забирается компрессором из атмосферы и при большом давлении подается в камеру сгорания, где осуществляется изобарное сжигание жидкого или газообразного топлива. Продукты сгорания органического топлива имеют температуру более 1200 оС.

Анализ термодинамической экономичности ГТУ выполняется со следующими допущениями:

1. Свойства рабочего тела ГТУ во всех точках ее процесса будем считать аналогичными свойствам идеального двухатомного воздуха с постоянной изобарной теплоемкостью.

2. Массовое количество рабочего тела во всех точках процесса будем считать одинаковым и равным количеству воздуха, поступающему в компрессор (G).

3. Условно будем считать цикл ГТУ замкнутым между точками 4 и 1 (рис. 15.2) по изобарному процессу отвода теплоты от рабочего тела. Очевидно, что газы за ГТУ охлаждаются в окружающей среде при постоянном атмосферном давлении, а воздух в компрессор поступает при том же давлении, поэтому отвод теплоты соответствует изобарному процессу между точками 4 и 1.

В соответствии с вышепринятыми допущениями обратимый (идеальный) цикл ГТУ в p,v- и T,s- диаграммах представлен на рис. 15.2.


Методика расчета тепловой экономичности

обратимого цикла ГТУ

Удельная техническая работа обратимого адиабатного процесса сжатия воздуха в компрессоре 1-2

. (15.1)

Удельная теплота, подведенная к рабочему телу в камере сгорания, соответствует изобарному процессу 2-3 и рассчитывается как

. (15.2)

Удельная техническая работа обратимого адиабатного процесса расширения газа в турбине 3-4

 . (15.3)

Удельная теплота, отведенная от рабочего тела в окружающую среду, соответствует изобарному процесс 4-1 и рассчитывается как

. (15.4)

Удельная работа цикла ГТУ может определяться как разность работ турбины и компрессора или как разность подведенной к рабочему телу и отведенной от рабочего тела теплоты:

. (15.5)

Термический КПД цикла ГТУ

, (15.6)

где  называют степенью повышения давления воздуха в компрессоре.

Из уравнения (15.6) следует, что термический КПД цикла ГТУ зависит только от степени повышения давления воздуха в компрессоре, при этом чем больше степень повышения давления в компрессоре, тем больше термический КПД цикла. Однако это не совсем так.

В качестве дополнительного показателя экономичности ГТУ введен коэффициент работы

 . (15.7)

По максимальному значению этого коэффициента можно выбрать величину nопт.

Кроме степени повышения давления воздуха в компрессоре на тепловую экономичность идеального цикла ГТУ оказывают влияние температура газов за камерой сгорания Т3 и температура воздуха на входе в компрессор Т1. При увеличении температуры Т3 и уменьшении Т1 увеличиваются значения термического КПД и nопт.

Тепловая экономичность реального цикла ГТУ

Необратимость в реальном цикле ГТУ характеризуется наличием трения в адиабатных процессах сжатия 1-2’ и расширения 3-4’ рабочего тела в компрессоре и газовой турбине (рис. 15.3).

Необратимость адиабатных процессов в компрессоре и в турбине характеризуют: адиабатный коэффициент компрессора и внутренний относительный КПД турбины

; (15.8)

. (15.9)

Используя эти коэффициенты, рассчитывают действительные температуры в конце адиабатных процессов:

 ; (15.10)

 


.  (15.11)

 

Определение работ компрессора, турбины и цикла, подведенной и отведенной теплоты к рабочему телу ведется аналогично идеальному циклу ГТУ, но с использованием реальных параметров рабочего тела:

 ; (15.12)

 ; (15.13)

 ; (15.14)

 ; (15.15)

 . (15.16)

Тепловая экономичность действительного цикла ГТУ на первом этапе характеризуется внутренним абсолютным КПД

. (15.17)

Тепловая экономичность действительного цикла ГТУ зависит от следующих величин: n, Т1, Т3, hк, hгт. При этом есть оптимальные значения nioпт1 и nioпт2, которые соответствуют максимальным значениям КПД и работы цикла.

 

 

 


Регенеративный цикл ГТУ

 


Схема и цикл в T,s- диаграмме регенеративной ГТУ представлены на рис. 15.4 , 15.5.

 

В регенеративном цикле ГТУ воздух после компрессора поступает в теплообменник (ТО), где он нагревается за счет уходящих газов турбины.

Газы, выходящие из турбины с температурой Т4i, теоретически могут быть охлаждены в регенеративном теплообменнике до температуры выходящего из компрессора воздуха Т2i. Однако в соответствии со вторым законом термодинамики для передачи теплоты от газов воздуху необходимо наличие разности температур между ними. Поэтому газы охлаждаются в ТО до температуры Т5>T2i, а воздух нагревается до температуры Т6<Т4i. В связи с этим данный цикл характеризуется величиной, которая называется степенью регенерации:

, (15.18)

где  – теплота регенерации;

  – максимальная теплота регенерации.

Подведенная qр1i и отведенная qр2i от рабочего тела теплота в регенеративном цикле ГТУ уменьшается по сравнению с q1i и q2i в простом цикле ГТУ на величину теплоты регенерации:

 ; (15.19)

. (15.20)

Работа газовой турбины и компрессора в регенеративном цикле ГТУ рассчитывается так же, как и в простом цикле:

 ; (15.21)

. (15.22)

Внутренний абсолютный КПД регенеративной ГТУ всегда больше, чем у аналогичной простой ГТУ, т.к. работы циклов у них одинаковые, а qр1i<q1i :

. (15.23)

рекламное агентство в твери читать;аниме хентай далее
Математика, сопротивление материалов, электротехника лекции, задачи