Су буы үшін Ренкин циклы. Қыздырған кездегі Ренкин циклын талдау.

Су буы үшін Ренкин циклы. Қыздырған кездегі Ренкин циклын талдау.

Ќыздырылѓан будыњ идеал циклы P-v, T-S даграммаларда бейнеленген (15.1 жєне 15.2 суреттері ќарањыз). Осы циклдыњ ќаныќќан бумен ж±мыс істейтін Ренкин циклынан айырмашылыѓы тек ќана ќосымша аса ќыздыру (сызыќпен 6-1) бар екендігінде. Ќосымша аса ќыздыру бу ќазаныныњ элементі болып табылатын бу ќыздырѓышта іске асырылады.

Циклдыњ термиялыќ пайдалы єсер коэффициенті белгілі тењдеумен аныќталады. Жылу болѓан жаѓдайда процестерде 4-5 (суды ќайнау температурасына дейін ќыздыру), 5-6 (бу т‰зілу) жєне 6-1 (аса ќыздыру) алып келінеді. 1 кг ж±мыстыќ денеге изобара процесінде алып келінген жылу процестіњ бастапќы жєне соњѓы н‰ктелеріндегі энтальпиялардыњ айырымына тењ.

Жылуды конденсаторда алып кету де изобарамен 2-3 іске асырылады, демек .

Циклдыњ термиялыќ ПЄК былай аныќталады . Егер суды сорѓыда адиабатамен сыќќан кезде температураныњ аз кµтерілуін ескермесек, онда жєне

м±нда - ќысым тењ болѓан кездегі ќайнап т±рѓан судыњ энтальпиясы.

Жоғарыдағы формуладан кµрініп т±р, Ренкинніњ идеал циклыныњ термиялыќ ПЄК будыњ турбинаѓа кіре берістгі энтальпиясымен h₁, турбинадан шыѓа берістегі энтальпиясымен h₂ жєне ќайнау температурасындаѓы t₂ т±рѓан судыњ энтальпиясымен h₂аныќталады.

Осы энтальпиялардыњ маѓыналары циклдыњ ‰ш параметрімен аныќталады, будыњ турбинаѓа кіре берістегі ќысымы Р₁ мен температурасымен t₁жєне будыњ турбинадан шыѓа берістегі, яѓни конденсатордаѓы ќысымымен Р₂. Іс-ж‰зінде Р₁мен t₁біліп h-S диаграммада н‰ктеніњ 1 жайын жењіл іздеп тауып алып, энтальпияны h₁ аныќтауѓа болады (5.2 суретті ќарањыз). Н‰кте 1 арќылы адиабатаны ж‰ргіземіз. Адиабата мен изобараныњ Р₂ ќиылысу жері н‰ктеніњ 2 жайын, яѓни энтальпияны h₂ аныќтайды. Аќырында, ќысым Р₂-ге тењ болѓан кезде ќайнайтын судыњ энтальпиясы h₂ тек ќана осы ќысымѓа тєуеді.

15.1 сурет. Жұмыстық дене ретінде аса қыздырылған бу қолданылатын Ренкиннің циклы:

а) диаграммада, б) диаграммада.

15.2 сурет. Ренкинніњ циклын диаграммада бейнелеу

15.3-сурет. Аса ќыздырылѓан бу ќысымыныњ Ренкин циклыныњ параметрлеріне єсері.

1. Компрессор – бу мен газдарды қысу үшін арналған машина. Компрессорлармен туындайтын қысымға байланысты келесі түрлерге бөлінеді:

1) вакуум-сорғылар – атмосфералық қысымы төмен ортадан газды соратын және оны сыға отырып жоғары немесе атмосфералық қысым кезінде ортаға жинайтын;

2) газүрлегіштер – 0,2 МПа қысымға дейін газды сығуға арналған машина (ауаны беру үшін металлургиялық өндірісте кеңінен қолданылады);

3) төменгі қысымды компрессорлар (ТҚК), 1,0¸0,2МПа қысымға дейінгі сығуды іске асырады (мұндай машиналар пневматикалық қондырғыларда қолданылады);

4) орташа қысымды компрессорлар 1,0¸10МПа қысымға дейін газды сығуға арналған (химиялық, мұнай өңдеу, мұнай алу өндірістерінде және газдың сору магистральды станцияларында қолданылады);

5) жоғарғы қысымды компрессорлар (ЖҚК) 1,0¸100МПа және одан жоғары қысымға дейін газды сығуға арналған (олар азотты-тукалы және терең суыту әдісі арқылы ауаны бөлетін қондырғыларда қысым мен газдардың басқа да синтезделу өндірістерінде қолданылады).

Төменгі және орташа қысымды компрессолар, сонымен қатар іштен жану қозғалтқыштарында, суытқыш қондырғыларда, газтурбинді және реактивті двигательдерде қолданылады. Жұмыс істеу принципі бойынша компрессорларды 2 топқа бөлуге болады: поршендік және турбокомпрессорлық. Бірінші топқа ротоционды, винттік, поршеннің қайтып келетін қозғалысымен поршендік компрессорлар жатады.Екінші топ осьтік және ортаға тартқыш компрессорларды біріктіреді.Поршендік компрессорларда газдардың сығылуы мен майыстыру цилиндрдің жұмыс жазықтығының көлемін кішірейту жолымен іске асырылады.

Ондағы газ сығуға барады, одан кейін сәйкес мәндерге дейін қысымды жоғарылатқанда майыстырылған құбырөткізгішке шығарылады. Турбокомпрессорларда сығылу 2 этап бойынша іске асырылады және динамикалық сипатқа ие. Бірінші этапта газға жылдамдық беріледі, сосын ағынның кинетикалық энергиясы қысым энергиясына айналады.Компрессордың көлемдік берілуі деп газдың бастапқы параметрлері кезінде бірлік уақыттағы компрессормен сорылатын газдың көлемдік мөлшерін айтады.

Компрессордың көлемдік берілуі оның мөлшерлік сипаттамасы болып табылады. Газдың бастапқы көлемінің соңғы көлемге қатынасы сығу дәрежесі деп аталады: .

Шығарылған газдың көлеміне байланысты компрессорларды келесі бөліктерге бөлінеді: аз берілу – 0,003 ; орташа берілу – 0,003-тен 0,03; көп берілу – 0,03- тен және одан жоғары. Тізбектеп сығу сатысының санына байланысты компрессорлар бір сатылы және көп сатылы деп бөлінеді. Компрессордың сапалық сипаттамасы қысымды жоғарылату дәрежесі болып табылады: . Қысымды жоғарылату дәрежесіне байланысты компрессорлар келесі түрлерге бөлінеді: вентилляторлар (λ_p=1.0÷1.1); газүрлегіштер (λ_p=1.1÷1.4); газдарды сығуға арналған компрессорлар (λ_p=3÷4). Компрессиондық машиналардағы термодинамикалық үрдістер берілген бастапқы р₁ және соңғы р₂ қысымдарда газ немесе ауаны сығудың нақты мөлшерін алу үшін қажетті жұмысты анықтау үшін қарастырылады.Төмендегідей компрессорға рұқсат етілген теориялық, идеальды үрдістерді қарастырайық:

· щығарылған газдың көлемі V_во теориялық, көлемдік берілуге тең болады V_т, яғни керек емес кеңістік –кей жағдайда поршен мен цилиндрдің қақпағы арасындағы кеңістік болмайды;

· цилиндрдің қабырғасына поршеннің үйкелісі жоқ;

· шығару клапандардың гидравликалық кедергісі жоқ, яғни шығару үрдістері кезінде газ қысымы өзгермейді.

2 Поршендік компрессор валмен біріктірілген қйсықшипалы- шатундық механизмі 5 көмегімен қайтып – келетін қозғалыс жасайтын поршенді 2 цилиндрден 1 тұрады. Вал электроқозғалтқыш немесе басқа типтегі қозғалтқыштан айналмалы қозғалысты қабылдайды. Газды шығару және енгізу үшін сәйкесінше, шығару 3 және енгізу 4 клапандары қолданылады.

8.1 сурет. Поршендік компрессор:

а- принциптік сүлбе; б-индикаторлы диаграмма

[kgl]

[gl] 8 Дәріс. Жылу алмасу теориясы[:]

Дәріс мақсаты:Жылу алмасу теориясын оқып үйрену.

Дәріс жоспары:

1. Жылу алмасу теориясының мақсаты.

2. Жылуөткізгіштік

3. Ағымды жылу алмасу

4. Сәулелі жылу алмасу

Кілттік сөздер:Конвекция, жылу өткізгіштік.

1. Жылу алмасу (жылуберілу) – жүйе күйінің ішкі параметрлерінің өзгеруімен қатар жүрмейтін термодинамикалық жүйе мен қоршаған орта арасындағы энергияның алмасу процесі. Жылумассаалмасу микраскопиялық түрдегі энергияның алмасуы кезінде молекулалардың өзара әсерлесу нәтижесінде жүреді.

Жылумассаалмасу түрлері:

· конвекция –кеңістікте бір температуралы аймақтан басқа температуралы аймаққа газдың (ағатын орта) немесе сұйықтың көлемдерінің ығысуы кезіндегі жылу тасымалы процесі. Конвекция ағатын ортада ғана мүмкін болады. Осы кездегі жылу тасмалдау ортаның өзінің тасымалымен қатар жүреді.

· жылуөткізгіштік – қарастырылған кеңістіктегі температураның өзгергіштігіне негізделген, жылудың денедегі (немесе олардың арасындағы) молекулалық тасымалын бейнелейді.

· жылулық сәулелік – сәулелендіретін дененің оптикалық қасиеттеріне және тек қана температурасына негізделген электромагниттік толқындардың көмегімен жылу таралу процесі.

2. Жылу мен жұмыстың эквивалентіне қарамастан олардың бір-біріне түрленуі бірдей емес. Механикалық энергия жылуға толық түрленетіндігін тәжірибе көрсетті (мысал ретінде үйкелісті қарастыруға болады). Сөйтсе де жылуды оқтын-оқтын қайталанатын процесте механикалық энергияға толық түрлендіру мүмкін емес. Осындай процесті іске асыруға жұмсалған көп жылғы әрекеттер жүзеге аспады. Бұл табиғаттың негізгі заңы бар екендігін түсіндіреді. Негізгі заң термодинамиканың екінші заңы деп аталады. Оның мағынасын түсіндіру үшін жылу қозғағыштың сұлбасын қарастырамыз (5 сурет).

Жылу қозғалтқыштардың барлығында жылудың ыстық көзі, тұйық процесті –циклды іске асыратын жұмыстық дене және жылудың салқын көзі болуы керек екенін тәжірибе көрсетті.

Практикада қолданылатын жылу қозғағыштарда жылудың ыстық көзі ретінде отынды жағудың химиялық реакциясын немесе ішкі ядролық реакциялар, ал жылудың салқын көзі ретінде қоршаған орта (атмосфера) қолданылады. Жұмыстық дене ретінде газдар мен булар қолданылатыны жоғарыда айтылып кетті.

Қозғалтқыш жұмысты былай істейді: жұмыстық дене 1в2 сызығымен ұлғайып 1в22в1 ауданына тең жұмыс істейді (5.3 сурет).

Үзіліссіз жұмыс істейтін жылу машинасында бұл процесс қайта-қайта қайталануы керек. Оны іске асыру үшін жұмыстық денені бастапқы күйге қайтарудың жолын білу керек.

Жұмыстық денені бастапқы күйге қайтаруды 2в1 процесімен іске асыруға болады. Бірақ сығу жұмысы ұлғаю жұмысына тең. Яғни цикл жұмысының жиынтығы нөлге тең.

Жылу мен жұмыстың эквивалентіне қарамастан олардың бір-біріне түрленуі бірдей емес. Механикалық энергия жылуға толық түрленетіндігін тәжірибе көрсетті (мысал ретінде үйкелісті қарастыруға болады). Сөйтсе де жылуды оқтын-оқтын қайталанатын процесте механикалық энергияға толық түрлендіру мүмкін емес. Осындай процесті іске асыруға жұмсалған көп жылғы әрекеттер жүзеге аспады. Бұл табиғаттың негізгі заңы бар екендігін түсіндіреді. Негізгі заң термодинамиканың екінші заңы деп аталады. Оның мағынасын түсіндіру үшін жылу қозғағыштың сұлбасын қарастырамыз (5 сурет).

5.2 -сурет. Жылу қозғалтқыштың

термодинамикалық сұлбасы

5.3 сурет. Айналма процесті (циклды) және

диаграммаларда бейнелеу

Қозғалтқыш механикалық энергияны үзіліссіз өндіру үшін ұлғаю жұмысы сығу жұмысынан артық болуы керек. Сондықтан сығу сызығы 2а1 ұлғаю сызығының астында жатуы керек. 2а1 процесінде істелінген жұмыс ауданға 2а112 тең. Осының нәтижесінде жұмыстық дененің әрбір килограмы бір циклда циклдың контурымен шектелген ауданға 1в2а1 эквивалентті пайдалы жұмысты өндіреді. Циклды екі бөлікке бөлуге болады: а1в бөлігінде мөлшерінде жылу алып келінеді, ал в2а бөлігінде мөлшерінде жылу алып кетіледі. а мен в нүктелерінде жылу алып келінбейді және жылу алып кетілмейді: осы нүктелерде жылу ағыны таңбасын өзгертеді.

Сонымен қозғалтқыш үзіліссіз жұмыс істеуі үшін жылудың ыстық көзінен жұмыстық денеге мөлшерінде жылу алып келінуі тиіс және жұмыстық денеден жылудың салқын көзіне мөлшерінде жылу алып кетілуі тиіс. диаграммада жылу ауданның аа1вв, ал жылу ауданның аа2вв эквиваленті болып табылады.

1 кг жұмыстық дене іске асыратын циклға термодинамиканың бірінші заңын қолданамыз:

Мұнда тұйық контур – 1в2а1 бойынша интегралдауды білдіреді. Жүйенің ішкі энергиясы күй функциясы болып табылады. Жұмыстық дене циклды іске асырып бастапқы күйге оралған кезде бастапқы мағынаны қабылдайды. Сондықтан және өрнек мынандай теңдікке айналады:

мұнда ыстық көз жылуының жұмысқа түрленетін бөлігі, яғни циклда пайдаға жұмсалған жылудың мөлшері. Ол жылудың айырымына тең. және диаграммада циклдың контурмен шектелген ауданға тең. Қозғалтқыштың бір циклда өндіретін жұмыс мөлшерінің осы циклда термиялық пайдалы әрекет коэффициенті (ПӘК) деп атайды:

Пайдалы әрекет коэффициенті жылу қозғалтқыш циклының жетілу дәрежесін сипаттайды. ПӘК жоғары болған сайын алып келінген жылудың көп бөлігі жұмысқа түрленеді. Жоғарыдағы қатынас жылу энергиясы мен механикалық энергияның эквиваленттік принципінің математикалық өрнегі болып табылады. Айта кету керек, егер жылу қозғалтқыштың сұлбасынан салқын көзді шығарып тастасақ, онда эквиваленттік принцип сырт көрініске бұзылмаған болып көрінеді. Бірақ мұндай қозғалтқыштың жұмыс істемейтіндігі тәжірибеден және жоғарыда жасалынған қозғалтқыштың жұмысын талдаудан шығады. Салқын көзі жоқ жылу қозғалтқышты, яғни жылудың ыстық көзінен алып келінген жылудың толық мөлшерін жұмысқа түрлендіретін қозғалтқышты мәңгілік қозғалтқыштың екінші түрі деп атайды. Сонмен термодинамиканың екінші заңын былай тұжырымдауға болады: «Мәңгілік қозғалтқыштың екінші түрі мүмкін емес». В.Томсон 1851 ж. бұл тұжырымдаманы кең түрде былай айтып кетті: «Істейтін әрекет тек қана кейбір көзден жылу алу және оны оқтын-оқтын әрекет етіп жұмысқа түрлендіретін жылу қозғалтқыш мүмкін емес». Термодинамиканың екінші заңы бірнеше эквивалентті түрлендіруге ие:

· Клаузиус түрлендіруі: «жылудың қатты қызған денесінен баяу қызған денесіне өтуі»;

· Кельвин түрлендіруі: «бір денені суыту әсерінен жасалатын жұмыс»;

· екінші ретті тыйым салынған мәнгілік қозғалғыштардың түрленуі: «қызған денеден алған жылу мөлшері толығымен жұмысқа жұмсалады және одан алынған жылудың бір бөлігі тоңазтқышға берілуі керек» ;

· статикалық түрлендіру: «изоляциаланған жүйедегі энтропия, сонда жүретін кез-келген процесте жойылуы мүмкін: ».

Термодин.амиканың екінші бастамасының статикалық соқтығысуы. Изоляциаланған термодинамикалық жүйе, сонда жүретін кез келген процес күйіндегі термодинамикалық ықтималдық, оның келер күйіндегі термодинамикалық ықтималдылықтан үлкен болады.

[kgl]

[gl] ТАҚЫРЫП 9 Жылу өткізгіштік[:]

Дәріс жоспары:

1. Температура өрісі жылу өткізгіштік теңдеу.

2. Жазық қабырғаның стационарлы жылу өткізгіштігі.

3. Сфералық қабырғаның жылу өикізгіштігі.

4. Лаплас теңдеуі.

5. Цилиндр тәрізді қабырғанын жылу өткізгіштігі.

Жылу. Жоғарыда энергияны макрофизикалық түрде берудің тәсілімен, яғни жұмыспен таныстық.

Энергияны берудің басқа да түрі бар. Екіншісін энергияны микрофизикалық түрде беру деп атайды, яғни жүйе мен қоршаған ортаның арасында молекулалар деңгейінде іске асырылатын энергиямен алмасудың түрі. Қарастырылып отырған жағдайда энергия жүйеге берілуі мүмкін, бірақ жұмыс істелінбейді. Микрофизикалық жолмен берілген энергияның шамасы ретінде жылу қызмет ете алады.

Жылу денелер бір-бірімен тікелей жанасқанда (жылу өткізгіштік, конвективтік әдістер) немесе қашықтан (сәулелену әдісі) берілуі мүмкін. Бұл процесс денелердің арасында температураның айырымы бар болған кезде ғана іске асуы мүмкін.

Ішкі энергияның толық дифференциалымен салыстырғанда жылудың элементар шамасы жұмыстың элементар шамасы сияқты толық дифференциал бола алмайды. математикалық символдардың ( , , ) ар жағында ішкі энергия, жылу және жұмыс ұғымдары өзгешеліктерінің терең физикалық мағыналары жасырылған.

Ішкі энергия жүйенің қасиеті мен күйін сипаттайды. Жылу мен жұмыс жүйенің қоршаған ортамен әсерлесуі кезінде өтетін механикалық және жылу процестерінің энергетикалық сипаттамалары болып табылады. Жылу мен жұмыс белгілі бір процесте жүйенің шекарасы арқылы берілген немесе қабылданған энергияның мөлшерін сипаттайды.

Жылумассаалмасу түрлері:

Жылуөткізгіштік.

Егер кейбір орталарда ось бойынша х температурасын құрсақ онда жылулық ағын жылу түрінде энергияның берілуі, Фурье заңын қанағаттандыратын: J_E=λdtdx

Мұндағы J_E- жылулық ағынынң ұзындығы,энергиямен анықталады. Бітін ауданына өтетін жылулық формасында өтуі уақыт бірлігі арқылы, оське перпендикуляр, xλ- жылуөткізгіш. U,dtdx- температура граденті, жылдамдық өзгеруіне байланысты температураның кемуі. Жылу ағынының бірлігі секундына джоуль болғандықтан, ватт бар, λ ваттпен өлшенеді. (вт/мК)

Молекула кинетикалық теория бойынша идеал газды былай көрсетуге болады: λ=1ccvP<v>

Мұндағы cv- тұрақты көлемдегі газдың жылуөткізгіштігі

Диффузия құбылысты табиғатта үлкен роль атқарады: деффузия жер бетіне жақын орындарға атмосфера ауасының құрамының біртекті болып тұруына себеп болды. Топырақтардағы әртүрлі тұздардың ертінділерінің деффузиясы өсімдіктердің дұрыс көректенуіне жағдай туғызды. Диффузияның болуы химиялық біртекті газ Фек заңына бағынады: J_m=-Ddpdx

Газдардағы молекула кинетикалық теорияларда элементар кездесуі: D=13<V>

Мұндағы <V>- газ молекуласының орташа жылулық жылдамдық қозғалысы.

-ұзындықтың орташа бос ауытқуы.

Ішкі үйкеліс.

Газ ағыны немесе молекула сұйықтарды қозғалыстарға бірге қатысады: хоотивтік жылулық, оның жылдамдығы <V> тең, және U реттелген жылдамдық ағынының қозғалысымен байланысты. Жылдамдық <V> көп есе аз. Ең қатты дауылда да жылулық жылдамдық молекуласы жел жылдамдығынан көп болады.

Қозғалыстың газдарда орташа импульс 0-ге тең. Газ ағынында молекулалар mu орташа импульске ие болады.

2 соқтығысатын газ қабаттары болсын, олар бір – біріне қарама- қарсы бағытта әр түрлі жылдамдықта u₁және u_2.

Кейбір жаңдайда қабаттар p₁және p₂импульстарына ие болсын. Егер сыртқы әрекеттер қабатқа әсер етпесе, онда олардың импульсі өзгермей қалмауы мүмкін емес.

Олардың жылулық қозғалысының молекуланың 1қабаттан 2 үзіліссіз өтуінен болады. Басқа қабатқа түскенде, молекула басқа молекулалармен соқтығысады, нәтижесінде ол өз импульсінің жартсын басқа молекулаға береді, немесе басқа молекулалардан өзіне импульс алады. Нәтижесінде қабат импульсі ақрын қозғалыстағы, үлкейеді.

Ішкі үйкеліс күші газ бен сұйықтың арасында ньютон заңына бағынады:

F=ηdudxS

Мұндағы η-динамикалық, dudx-жылдамдық градиенті, ол жылдамдықтың тез өзгеруін х бағытындағы тез өзгеруін көрсетеді, перпендикуляр бағытта қабат қозғалыстары, S ауданы F күші әсер ететін, қабаттың шекарасында жатады.

Ньютонның екінші заңына сәйкес, күш уақыттың импульсына тең. Екі қабаттардың ара қатынасын процесс ретінде қарастыруға болады, сол уақытта бір қабаттан екнші қабатқа уақыт бірлігіне байланысты импуль беріледі, ол модулі бойынша қозғалушы күшке тең. Сонда мынаны жазуға болады: P= - ηdudxS

Мұндағы P- импульс, бір қабаттан екіншісіне берңледі т.с.с. импульс ағыны S ауданы арқылы болады. Минус таңбасы импульстің кемімелі жылдамдық бағытына баратынын көрсетеді.

Бірлік ағыны –кг.м.сек.кг/(м с). Молекула кинетикалық теорияға сәйкес молекула біреуінің мөлшері, уақыт бірлігіне байланысты ауданның бірлік ауданы мынаған тең:ν=16n<V>S

Ең тез қабаттан аз қабатқа өткенде S-ауданы арқылы өтетін импульс ағыны мынаған тең: P=N∙mu1-u2=16n<v>S∙mu1-u2

P=16n<v>S∙mu(x-)=16n<v>S∙mdudx∙2

mm газдың құралуы. Сол себепті : P=-(13<v>ρ)dudx∙S егер формуларды салыстырсақ, онда молекула кинетикалық теорияларын идеал газдар арқылы алынған, формуламен Ньютонның энергетикалық заңымен алынған мына теңдікке тең: η=13<v>ρ

импульстің тығыздығын анықтайтын, толық импульспен анықтайтын, уақыт біолігіне байланысты х бағытында бірлік ауданына перпендикуляр х мынадай түрде шығады: Jp=-ηdudx

заңдарды қарастыратын болсақ онда: Фурьенің, Фиканың және Ньютонның заңдары молекула кинетикалық мағынаның λ коэфициентін жылуөткізгіштіктің мағынасын ашпайды, дефузия D және η. Формулалар өткізгіш коэфициенті мен хороктерін жылуының қозғалысының молекуласымен байланыстырады. Олардан былай бір біріне тәуелді өткізгіш коэфициенттері туындайды:η=ρDλ=ηcv

осы формулаларды қолданып бір ұзындық арқылы қалғанын табуға болады.

[kgl

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒