Термодинамічні параметри води і водяної пари визначаються в інженерних розрахунках одним із таких способів:
1. За допомогою таблиць термодинамічних властивостей води і водяної пари [1], розрахованих за Міжнародною системою рівнянь 1968 р Дані точні і надійні, але процедура пошуку параметрів вимагає часу, при розрахунку термодинамічних процесів стає досить складною; застосовується подвійна інтерполяція.
2. За допомогою діаграми h-s водяної пари. Метод відрізняється простотою і наочністю, ефективний при розрахунку термодинамічних процесів, трудомісткість значна, а точність визначення параметрів невисока.
3. За допомогою рівнянь, отриманих на основі віриалів рівняння стану водяної пари. Цей метод розроблений спеціально для машинних розрахунків і забезпечує достатню для інженерних розробок точність при витратах машинного часу, значно менших, ніж при використанні Міжнародної системи рівнянь 1968 р
Уміння користуватися усіма трьома методами є обов'язковим для студентів спеціальності ПТЕ при розрахунку процесів і циклів з водяною парою.
1. ЗАВДАННЯ РОБОТИ
Завданнями роботи є:
1. Освоєння методів визначення термодинамічних параметрів води і водяної пари при різних способах завдання вихідних даних.
2. Оцінка впливу параметрів водяної пари на ефективність циклу Ренкіна.
Тривалість роботи - 4 години.
2. ОПИС СХЕМИ І цикл ранкіна парові установки
Схема паросилова установки і її цикл в координатах Т-s наведені в звіті.
Утворений в парогенераторі ПГ водяна пара (точка 1) розширюється в турбіні Т до тиску р2. Теоретично процес розширення 1-2 - Адіабатний; дійсний процес 1-3 - політропний; ступінь незворотності процесу розширення враховується відносним ККД турбіни. де h1, h2, h3 - ентальпії в відповідних точках циклу.
В конденсаторі Кр відпрацьована пара конденсується, конденсат насосом Н повертається в парогенератор.
Показниками ефективності циклу є:
1. Термодинамічний ККД циклу
де - ентальпія конденсату при тиску р2.
2. Наявний теплоперепад (корисна робота циклу).
3. ПАРАМЕТРИ СТАНУ
Основними параметрами стану води і водяної пари є тиск р. температура t. питомий об'єм V. ентропія S. ентальпія h і хімічний потенціал j, додатковий параметр - ступінь сухості х (для вологої пари).
Стан описується повністю:
1. На лінії насичення - одним основним параметром (будь-яким).
2. В області вологої пари - одним основним параметром (будь-яким) і ступенем сухості х.
3. В області перегрітої пари - двома будь-якими основними параметрами.
Стан насичення водяної пари описується рівняннями:
Тут рн - тиск насичення, МПа;
Тн - температура насичення, К;
аi - коефіцієнти віриалів по [2].
Як приклад: ат = 2,20732; а1 = -0,211718 і т.д. Інші параметри розраховуються за єдиним рівнянням з різними коефіцієнтів віриалів аj для кожного параметра
Похибка розрахунку параметрів стану не перевищує 2%. Параметри вологої пари зі ступенем сухості х розраховуються по інтерполяційних рівнянь; ; і т.д.
Тут S ". H". v "- параметри сухої насиченої пари; S ', h', v '- параметри киплячої води.
Програмне забезпечення лабораторної роботи складається з викликає програми CIKL і 38 підпрограм-функцій, що обчислюють за двома довільно заданих параметрах стану всі інші в даній точці.
Програма CIKL порівнює вихідні параметри з параметрами на лінії насичення і визначає область стану: вологий пар, сухий пар, перегріту пару, кипляча вода, а потім, викликаючи відповідну підпрограму, передає їй весь обсяг обчислень.
Розрахунок циклу при такій побудові обчислень не становить труднощів: у будь-якому циклі перехід від однієї характерної точки до іншої (термодинамічний процес) відбувається при сталості будь-якого параметра. Так, в циклі Ренкіна для адиабатного процесу 1-2 S = const при заданому тиску р 2 отримуємо пару параметрів р. S. що досить для розрахунку всіх інших в стані 2, і т.д.
4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ
Підгрупа з 3-5 студентів виконує на ЕОМ одну із зазначених нижче завдань:
I. Дослідити вплив тиску пара р1 перед турбіною на показники ефективності циклу Ренкіна.
Ввести в програму значення параметрів: р2 = 4.10-3МПа; t1 = 550 ° С; hoi = 0,90 і, задаючи ряд значень р1 = 1, 2, 3, 4, 5, 10 МПа, обчислити параметри робочого тіла в точках 1, 2, 3 циклу. Після цього за таблицями водяної пари [1] знайти параметри робочого тіла в точках 4, 5, 6 циклу. Визначити для кожного випадку:
а) наявний і дійсний Теплоперепад;
б) термодинамічний ККД циклу;
в) теплоту, що відводиться в конденсаторі;
г) теплоту перегріву.
Побудувати цикл в координатах T-s; побудувати залежність.
II. Дослідити вплив температури пара t1 перед турбіною на показники ефективності циклу Ренкіна.
Ввести в програму значення параметрів: р1 = 5 МПа; р2 = 4.10-3МПа; h oi = 0,90 і, задаючи ряд значень t1 = 300; 350; 400; 450; 500; 550 оС, обчислити параметри робочого тіла в точках 1, 2, 3 циклу. За таблицями водяної пари [1] знайти параметри робочого тіла в точках 4, 5, 6 циклу. Визначити для кожного випадку:
а) наявний і дійсний перепади;
б) термодинамічний ККД циклу;
в) теплоту, що відводиться в конденсаторі;
г) теплоту, що підводиться до робочого тіла.
Побудувати цикл в координатах T-s; побудувати залежність.
III. Дослідити вплив внутрішнього відносного ККД турбіни h oiна показники ефективності циклу Ренкіна.
Ввести в програму значення параметрів: р1 = 10 МПа; t1 = 500 ° С,
р2 = 5.10-3МПа і, задаючи ряд значень hoi = 0,85; 0,86; 0,87; 0,88; 0,89; 0,90, обчислити параметри робочого тіла в точках 1, 2, 3 циклу.
За таблицями водяної пари [1] знайти параметри робочого тіла в точках 4, 5, 6 циклу. Визначити для кожного випадку:
а) наявний і дійсний Теплоперепад;
б) термодинамічний ККД циклу;
в) теплоту, що відводиться в конденсаторі;
г) середню температуру підведення і відведення тепла.
Побудувати цикл в координатах T-s. побудувати залежність.
IV. Дослідити вплив початкових параметрів циклу на кінцеву ступінь сухості х в циклі Ренкіна.
Ввести в програму значення параметрів: р2 = 5.10-3МПа; hoi = 0,9 і обчислити параметри робочого тіла в точках 1, 2, 3 циклу, задаючи значення:
а) р1 = 10 МПа; t1 = 350; 450; 550 оС;
б) р1 = 1 МПа; t1 = 350; 450; 550 оС.
За таблицями водяної пари [1] знайти параметри робочого тіла в точках 4, 5, 6 циклу. Визначити для кожного випадку:
а) термодинамічний ККД циклу;
б) теплоту, що відводиться в конденсаторі;
в) середню температуру відведення і підведення тепла.
Побудувати цикл в координатах T-s і залежність. вказати область значень р1. t1. при яких х≥ 0,85.
Кожен студент повністю розраховує один режим роботи паросилова установки. При побудові графіків використовуються результати, отримані студентами підгрупи.
5. Зразок оформлення ЗВІТУ З ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТІ
1. Схема і цикл паросилова установки
6. Контрольні питання
1. Чим обмежені параметри робочого тіла р1. р2. t1 в циклі Ренкіна?
2. Зобразити в T-s координатах цикл Ренкіна насиченої пари. Визначити його термодинамічний ККД, якщо максимальний тиск в циклі рmax = 10 МПа, а мінімальне Рmin = 5.10-3МПа.
3. Зобразити в Т-s координатах цикл Карно насиченої пари. Визначити ступінь сухості пара в кінці процесу конденсації, якщо р1 = 10 МПа, а р2 = 5.10-3МПа.
4. Порівняти термодинамічні ККД циклів Ренкіна і Карно насиченої пари при однакових найбільшою і найменшою температурах в циклі.
5. Визначити питома витрата пара в циклі, що розглядається в лабораторній роботі.
6. Чому змінюється термодинамічний ККД циклу Ренкіна при зміні hoi (температура і тиск пара в конденсаторі при цьому незмінні)?
7. Показати на h-s діаграмі область параметрів перегрітої пари, що забезпечують отримання на виході з турбіни ступінь сухості пара не менше 0,9 при тиску пара р2 = 5 кПа. Як змінюється ця область при підвищенні тиску пари р2?
8. Як визначається середня температура підведення тепла в циклі Ренкіна?
Лабораторна робота №8