Курс лекций общая энергетика

Начертательная геометрия
Фронтально проецирующая плоскость
Фронтальная плоскость уровня
Фронталь плоскости
Прямая, параллельная плоскости
Взаимная параллельность плоскостей
Примеры изображения плоскостей общего и частного положения
Задание поверхности на комплексном чертеже
Определитель поверхности
Алгоритм конструирования поверхности
Развертывающиеся поверхности
Комплексный чертеж призматической поверхности
Задание кривых линейчатых поверхностей
Задание цилиндрической поверхности общего вида на комплексном чертеже
Неразвертывающиеся линейчатые поверхности с двумя направляющими
Алгоритм построения цилиндроида
Коноид
Поверхности вращения
Поверхности вращения второго порядка
Сфера образуется вращением окружности
Эллипсоид вращения
Гиперболоид вращения
Тор- поверхность вращения 4 порядка
Сконструировать поверхность: тор-кольцо
Винтовые поверхности
Решение позиционных и метрических задач
Позиционные задачи
Решение главных позиционных задач
Конические сечения
Построить линию пересечения сферы
Метрические задачи.
Построение плоскости, касательной к поверхности
Задачи на определение расстояний между геометрическими фигурами
Преобразование комплексного чертежа
Плоский чертёж
Третья основная задача преобразования комплексного чертежа
Решение четырех основных задач преобразованием комплексного чертежа
Плоскость общего положения поставить в положение проецирующей
Решение позиционных задач с помощью преобразования комплексного чертежа
Технические чертежи

Изображения на технических чертежах

Разрезы
Классификация разрезов
Соединение части вида и части разреза
Сечения
Выносные элементы
По наглядному изображению построить три вида детали и выполнить необходимые разрезы.
Построить три вида детали и выполнить необходимые разрезы
Сфера
Аксонометрия
Изометрия окружности
Прямоугольная диметрия
Энергетика
  • Тепловые электрические станции
  • Основные элементы паровых электростанций
  • Технологическая схема ТЭС
  • Отопление и горячее водоснабжение (ГВС)
  • Топливный тракт электростанции
  • Сжигание жидкого топлива на электростанции
  • Тракт шлакозолоудаления
  • Виды органического топлива
  • Характеристики топлива
  • Элементы теории термодинамики
  • Термодинамический процесс
  • Изобарный процесс
  • Круговые процессы или циклы
  • Энтропия как параметр термодинамической
    системы
  • Термодинамические процессы водяного пара
  • Основные параметры воды и водяного пара
  • Основное тепловое оборудование ТЭС
  • Основные параметры и обозначения
    паровых котлов
  • Паровые турбины
  • Основные узлы и конструкция паровой турбины
  • Принципиальная схема конденсационной
    установки
  • Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ)
  • Компоновка главного корпуса
    и генеральный план ТЭС
  • Строительная компоновка главного корпуса ТЭС
  • Генеральный план электростанции
  • Газотурбинные, парогазовые электрические
    станции
  • Атомные электростанции
  • Принципиальные тепловые схемы АЭС
  • Альтернативные источники получения
    электрической энергии
  • Приливные электростанций (ПЭС).
  • Энергия морских течений
  • Различные типы ветроагрегатов
  • Экология
  • Экологические проблемы тепловой энергетики
  • Экологические проблемы ядерной энергетики
  •  

    Термодинамические процессы водяного пара

    При расчётах связанных с термодинамическими процессами, совершаемыми парами, ставятся задачи по определению начальных и конечных параметров пара, изменения его внутренней энергии и энтальпии, количества подведённой или отведённой теплоты и работы изменения объёма и изменения давления.

    Термодинамические процессы газов рассчитываются аналитическим методом, при котором все искомые величины ― параметры газа, работа и количество теплоты ― определяются по формулам. Такой метод для расчётов с парами неудобен, и вот почему. В термодинамическом процессе пар может переходить из одного состояния в другое, например, из влажного насыщенного в перегретый или из перегретого во влажный насыщенный пар. А так как процессы влажного насыщенного и перегретого паров имеют свои особенности, то, прежде чем рассчитать их, следует выяснить, в каком состоянии находится пар в начале и в конце процесса.

    Расчёты с парами производятся либо графически с использованием диаграмм pv, Ts и hs, в особенности hs-диаграммы, либо аналитически по формулам с применением таблиц параметров сухого насыщенного и перегретого паров. Графический метод удобен тем, что по диаграммам легко установить, пересекает ли линия данного процесса пограничную кривую, то есть изменяется ли состояние пара. Однако не всегда возможно и не всегда удобно пользоваться графическим методом, например, при вычислении работы или внутренней энергии. В связи с этим при решении задач на изменение состояния паров применяется графоаналитический метод с использованием как расчётных уравнений, так и диаграмм и таблиц.

    В термодинамике паров рассматривают четыре основных процесса: изохорный (при v=const), изобарный (р=const), изотермический (t=const) и адиабатный (dq=0). Каждый из этих процессов может протекать полностью в области влажного или перегретого пара, то есть без изменения агрегатного состояния. Но процесс может протекать и так, что, например, в начальном состоянии пар будет влажный, а в конечном состоянии ― перегретый или наоборот.

    При расчёте влажного насыщенного пара должны быть заданы два начальных параметра пара и один конечный или один начальный и два конечных. Такими параметрами обычно бывают давления (начальное и конечное) и степень сухости, а для расчётов с перегретыми парами ― давление (начальное и конечное) и температура пара.

    Порядок графоаналитического исследования термодинамических паров может быть следующий:

    1. По заданным параметрам состояния находят на h,s-диаграмме точки, характеризующие начальное и конечное состояние пара (например, давлении р, температура t и степень сухости х), по которым устанавливаются остальные искомые параметры пара в начале и в конце процесса (например, удельный объём v, энтальпия h и энтропия s).

    2. Удельную теплоту q1,2, подведённую к рабочему телу или отведённую от него находят по формулам:

    а) для изобарного процесса ― q1,2=h2-h1,

    б) для адиабатного процесса ― q1,2=0,

    в) для изотермического процесса ― q1,2=Т(s2-s1),

    г) для изохорного процесса ― q1,2=u2-u1.

    3. Удельную внутреннюю энергию u1 и u2 независимо от вида процесса вычисляют по формуле: u=h-pv.

    4. При решении задач по h,s-диаграмме состояние рабочего тела определяют как точку пересечения любых двух линий и находят необходимые параметры пара.

    1.4.18. Водяной пар

    К реальным газам в технической термодинамике принято относить перегретые пары некоторых жидкостей. В отличие от воображаемого идеального газа реальный газ пи соответствующих условиях может быть сжижен, то есть сконденсирован, или же переведён в твёрдое состояние. В технике широко применяют пары различных веществ: воды, аммиака, хлористого метила, сернистого ангидрида и другие. Наибольшее применение имеет водяной пар, являющийся рабочим телом паровых турбин, которые являются основными тепловыми двигателями на тепловых электрических станциях, и как теплоноситель — в теплообменных аппаратах.

    Водяной пар применяется в различных состояниях в весьма широком диапазоне давлений и температур и часто переходит в жидкое состояние (в конденсат). В этих условиях нельзя пренебрегать в расчётах силами сцепления и объёмом молекул, так как это привело бы к значительным погрешностям. Поэтому к водяному пару нельзя применять законы идеальных газов и соответственно, нельзя применять к нему характеристическое уравнение идеального газа рv=RT. В этих состояниях водяной пар рассматривают как реальный газ.

    При различных расчётах и изучении процессов, протекающих в водяном паре, используются таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара.

    Разделение вещества на газ и пар условно, так как между ними не существует какой-либо границы. Паром называется всякий реальный газ, который в условиях его применения способен переходить в жидкость. Пар можно получать двумя способами: при испарении и при кипении. В процессе испарения молекулы жидкости у её поверхности, имеющие большую скорость, чем другие молекулы, преодолевают силы молекулярного сцепления и вылетают в окружающее пространство. Чем выше температура жидкости, тем более интенсивно происходит испарение. При кипении пар образуется во всей массе жидкости и, имея меньшую плотность, чем жидкость, устремляется вверх, соединяясь при этом с другими частицами пара и образуя, таким образом, клубки. Такие клубки, достигая поверхности жидкости, преодолевают силы поверхностного натяжения и вылетают в окружающее пространство. Процесс кипения может происходить лишь при вполне определённой для данного давления температуре жидкости, которая называется температурой кипения или насыщения и обозначается либо ts или tн. В практических условиях пар обычно получают при постоянном давлении. Для всех жидкостей температура кипения tн повышается с увеличением давления.

    Пар, образующийся из кипящей жидкости, называется насыщенным. Это значит, что в закрытом сосуде число молекул пара, поступающих в пространство над кипящей жидкостью, равно числу молекул, возвращающихся обратно в жидкость.

    Смесь пара и жидкости (двухфазовая система) называется влажным насыщенным паром.

    Состояние влажного насыщенного пара определяется давлением р и степенью сухости х или температурой кипения tн и степенью сухости х. Степенью сухости называется массовая доля сухого пара, содержащегося во влажном паре. Для сухого пара х=1, для кипящей жидкости х=0.

    Массовая доля жидкости, содержащейся во влажном паре, называется степенью влажности и обозначается 1-х.

    Если при постоянном давлении к кипящей жидкости подвести необходимое количество теплоты для испарения всей жидкости, то в момент исчезновения последних капель жидкости (воды) получим сухой насыщенный пар при температуре кипения (насыщения) tн. Состояние сухого насыщенного пара определяется одним параметром: давлением или температурой насыщения tн. Все параметры сухого насыщенного пара обозначаются соответствующими буквами с двумя штрихами, например, удельный объём v//, энтальпии h// и т.д.

    Если к сухому насыщенному пару подводить теплоту, то он становится перегретым. Перегрев является третьей стадией процесса парообразования, сопровождающейся повышением температуры пара и увеличением его удельного объёма.

    Таким образом, перегретым называется пар, имеющий температуру выше температуры кипения жидкости, из которой он получился. Разность между температурой перегретого пара и температурой его насыщения, называется степенью перегрева: t-tн. Чем выше при данном давлении температура перегретого пара, тем больше степень перегрева и его удельный объём v. Отнятие теплоты от перегретого пара при постоянном давлении связано с уменьшением его температуры. Если она не понижается до температуры кипения, то пар остаётся перегретым. Это свойство перегретого пара позволяет доставлять его потребителям в перегретом состоянии. Более высокая работоспособность перегретого водяного пара по сравнению с насыщенным является основной причиной его широкого использования в паровых турбинах.

    Фазовый переход вещества из жидкого состояния в состояние пара называется парообразованием, а из парового состояния в жидкое ― конденсацией.

    Парообразование, происходящее только на свободной поверхности жидкости, называется испарением, а парообразование, происходящее не только на поверхности жидкости, но и внутри, во всей её толще, ― кипением.

    Состояние сухого насыщенного пара крайне неустойчиво, так как даже при самом

    незначительном подводе или отводе теплоты он превращается либо в перегретый, либо во влажный насыщенный пар. В присутствии жидкости пар может быть только влажным насыщенным. При подводе к нему теплоты без присутствия жидкости он подсушивается и, только после того как степень сухости становится равной единице, начинается его перегрев.

    Итак, основные положения пройденного материала.

    Термический КПД ― это отношение полезно использованной в цикле теплоты или полученной работы ко всему количеству теплоты, затраченной на цикл.

    Цикл Карно ― это обратимый круговой процесс, в котором совершается наиболее полное превращение теплоты в работу или работы в теплоту.

    Энтальпия ― это пятый параметр состояния, характеризующий потенциальную энергию связи данного рабочего тела с внешней средой и введён для сокращения теплотехнических расчётов.

    Р,v-диаграмма ― это система координат, в которой состояние газа изображается точкой, процесс изменения какой-либо линией.

    Работа в р,v-диаграмме изображается площадью, ограниченной сверху линией процесса, ординатами крайних точек и осью абсцисс.

    Контрольные вопросы.

    1. Что такое энтропия?

    А. Внутренняя работа цикла Карно. В. Параметр состояния рабочего тела.

     С. Характеристика необратимого термодинамического процесса.

    2. Из каких процессов состоит цикл Карно?

    А. Из двух изохор и двух изотерм. В. Из двух изотерм и двух адиабат.

    С. Из двух изобар и двух адиабат. D. Из двух изобар и двух изохор.

    1.4.19. Процесс парообразования и его изображение в р,v-диаграмме.

    пар называется парообразованием, этот процесс может происходить путём испарения и кипения.

    В процессе образования из холодной воды при 00С перегретого пара выделяются три важнейшие стадии:

    1. Подогрев холодной воды до температуры кипения tн.

    2. Парообразование.

    3. Перегрев пара.

     
    Получение пара в парогенераторах на тепловых электростанциях происходит при постоянном давлении, независимо от назначения котлов. Мы уже знаем, что процесс перехода жидкости в

    р

     I  II  К III

    р2  а3 b3 с3 d3

     обл. перегретого пара

    р1  обл. а2 b2  обл. с2 d2

      жидкости насыщенного d1

    р а1 b1  пара c1  х=1

     х=0

      0 V0  V/  V//  V

     Рис.20

     

     0 v0 v/ v//

     
     

     

     

     рения и

     

     

     Рис. 20.

    Рассмотрим процесс парообразования в р,v-диаграмме.

    Трём важнейшим стадиям парообразования соответствуют четыре состояния рабочего тела:

    1. Холодная вода при температуре 00С ― точки ɑ1, ɑ2, ɑ3.

    Рассмотрим процесс парообразования в р,v-диаграмме.

    Трём важнейшим стадиям парообразования соответствуют четыре состояния рабочего тела:

    1. Холодная вода при температуре 00С ― точки ɑ1, ɑ2, ɑ3.

    2. Кипящая вода при температуре кипения (насыщения) tн ― начало парообразования – точки b1, b2, b3.

    3. Сухой насыщенный пар (конец парообразования) ― точки с1, с2, с3.

    4. Перегретый пар ― d1, d2, d3.

    Характерная кривая I ― это линия, определяющая состояние воды при 00С и различных давлениях.

    Характерная линия II ― это линия, определяющая состояние кипящей жидкости при температуре насыщения tн и соответствующем давлении. Эта линия называется нижней пограничной кривой, где степень сухости равна нулю (х=0).

    Характерная кривая III ― это линия, определяющая состояние сухого насыщенного пара при различных давлениях. Эта линия называется верхней пограничной кривой, где степень сухости равна единице (х=1).

    Между линиями I и II находится область жидкости (воды), между линиями II и III (пограничными кривыми) находится область влажного насыщенного пара, линия III соответствует точкам сухого насыщенного пара при соответствующих давлениях. Вправо от линии III лежит область перегретого пара.

    Нижняя и верхняя пограничные кривые сливаются в точке К, которая называется критической. Критическая точка К определяет критическое состояние воды и водяного пара. Все параметры этой точки называются критическими.

    Все параметры жидкости принято обозначать соответствующей буквой с одним штрихом: удельный объём v/, энтальпия h/, энтропия s/ и т.д. Все параметры пара принято обозначать соответствующей буквой с двумя штрихами: удельный объём v//, энтальпия h//, энтропия s// и т.д.

    Насыщенный ― это такой пар, который находится в термическом и динамическом равновесии с жидкостью, из которой он образуется. Динамическое равновесие заключается в том, что количество молекул, вылетающих из воды в паровое пространство, равно количеству молекул, конденсирующихся на её поверхности. При увеличении температуры количество молекул, обладающих энергией, достаточной для вылета в паровое пространство, увеличивается. Равновесие восстанавливается за счёт возрастания давления.

    Состояние сухого насыщенного пара определяется одним параметром: давлением или температурой насыщения tн. Состояние влажного насыщенного пара определяется двумя параметрами: давлением и степенью сухости. Состояние перегретого пара также определяется двумя параметрами: давлением и температурой.

    Количество тепла, необходимое для превращения воды, нагретой до насыщения при данном давлении в сухой насыщенный пар, называется скрытой теплотой парообразования и обозначается буквой r.

    Энергетика