Материал: Белозеров В.И. Учебное пособие по курсу Техническая термодинамика (оригинал)

211

.Ðèñ13.4.13

.Ðèñ12.4.13

4

1

3

2

1

3

2

.разности

выбраноизсоображенийнаибольшейтермодинамическойцелесооб-

раниятоплива,следовательно,рабочеетелодляЯРДможетбыть

ныхракетныхдвигателяхрабочеетелонеявляетсяпродуктомсго-

ракетныхдвигателей,работающихнахимическомтопливе,вядер-

Важноподчеркнуть,чтовотличиеотвоздушно-реактивныхи

4.(13..12)

следовательно,термический.д.п.копределяетсяуравнением

термодинамическойточкизренияциклЯРДаналогиченциклуЖРД,

изатемистекаетвокружающую.среду

образноерабочеетелопоступаетвсопло4,вкоторомрасширяется

исходитприпостоянномдавлениирабочего.телаИзреакторагазо-

мутелуподводится.теплоПроцессподводатеплавреакторепро-

качиваетсячерезактивнуюзонуядерногореактора3,гдекрабоче-

находящеесявжидкомсостояниивбаке1,спомощьюнасоса2про-

ВозможнаясхемаЯРДизображенанарис..12.4.13Рабочеетело,

.(ßÐÄ)

Рассмотримтеперьциклыядерныхракетныхдвигателей

ной,аврядеслучаевивавиационной.технике

Жидкостныеракетныедвигателиширокоиспользуютсявракет-

1

3

2h

.

h

t

.4.(1312)

w

Κ|

2

посравнениюсколичествомтепла,выделяющегосяприсгорании

мамалы,торабота,затрачиваемаянаихсжатие,пренебрежимомала

Посколькуудельныеобъемыжидкихтопливаиокислителявесь-

иокислителю,аg–массоваядолятопливавгорючей.смеси

гдеиндексы«топл»и«окисл»относятсясоответственноктопливу

,

2

h

2

gh

2

h

окисл

1g

òîïë

,

1

1

h

gh

h

окисл

1g

òîïë

насосами4и5наповышениедавленияжидкихкомпонентовгорю-

1

2

Разностьэнтальпий(h

1

2

1

3

.4.(139)

.

h

h

h

h

t

1

2

4

3

h

h

h

h

èëè

2

3

.4.(138)

,

h

h

1

t

Κ

1

4

h

h

1

4

h

2

q

.4.(137)

.

h

Величина

ления P до давления P . Этот адиабатный процесс изображен вер-

2

1

тикальным отрезком 3-5.

Длина отрезка 3-5 на TS-диаграмме весьма мала из-за близости

изобар в области жидкости; при изоэнтропном сжатии воды, находя-

щейся при температуре 25°С и давлении насыщения 3,1 кПа, до дав-

ления 294 бар температура воды возрастает менее, чем на 1°С, и

можно считать, что в области жидкости изобары воды практически

совпадают с левой пограничной кривой.

Из насоса вода под давлением P поступает в котел, где к ней в

1

изобарном процессе P = const подводится тепло. Вначале вода в

1

котле нагревается до кипения (участок 5-4 изобары P = const), а

1

затем, по достижении температуры кипения, происходит процесс

парообразования (участок 4-1 изобары Р = const). Сухой насыщен-

1

ный пар, полученный в котле, поступает в турбину. Процесс расши-

рения в турбине изображается адиабатой 1-2. Отработавший влаж-

Термический к.п.д. цикла Ренкина меньше, чем цикла Карно, но

замена громоздкого компрессора для сжатия влажного пара компак-

тным водяным насосом существенно снижает затраты на сооруже-

ние теплосиловой установки и упрощает ее эксплуатацию.

Для увеличения термического к.п.д. цикла Ренкина применяют так

называемый перегрев пара в специальном элементе котла – паро-

перегревателе (ПП), где пар нагревается до температуры, превы-

шающей температуру насыщения при данном давлении P (рис.

1

14.2.2). В этом случае средняя температура подвода тепла в цикле

без перегрева и, следовательно, термический к.п.д. цикла возрастают.

Èç ðèñ. 14.2.3, 14.2.4 è

14.2.5 видно, что в случае цик-

ла с перегревом процесс рас-

T

ширения пара в турбине 1-2,

1

T

1

P = const

6

4

1

x

P = const

=

2

ÏÏ

5

co

T

n

5

st

T

x = 1

2

3

2

x = 0,3

a

b

S

S

S

3

1

Ðèñ. 14.2.2

Ðèñ. 14.2.3

216

14.1. Цикл Карно

В современной энергетике, в основном, используются паровые

установки. Наиболее распространенным рабочим телом теплосило-

вых паровых циклов является вода – самое дешевое и доступное

рабочее тело.

Использование рабочего тела, изменяющего в течение цикла свое

агрегатное состояние, позволяет на практике осуществить цикл Кар-

íî.

Напомним, что цикл Карно состоит из двух адиабат и двух изо-

терм. Практически осуществление адиабатных процессов не пред-

ставляет особых трудностей. Внутри двухфазной области состояний

чистого вещества изобары совпадают с изотермами, следователь-

но, изобарный процесс подвода тепла к влажному пару (т.е. парооб-

разование), равно как и изобарный процесс отвода тепла от влажно-

го пара (т.е. конденсация), представляют собой в то же время изо-

термические процессы. Отсюда следует, что если использовать

влажный пар в качестве рабочего тела и осуществить цикл, состав-

ленный из двух адиабат и двух изобар (которые в то же время явля-

ются изотермами), то это и будет цикл Карно.

Схема тепловой установки, в которой осуществляется цикл Кар-

но на влажном паре, представлена на рис. 14.1.1.

В паровой котел 1 поступает влажный водяной пар малой степе-

ни сухости x. В котле к влажному пару подводится тепло, и степень

сухости пара повышается до значений x,

3

близких к единице. Процесс подвода тепла

2

в котле происходит при постоянных давлении

P и температуре T .

1

1

ну 2. При расширении в турбине поток пара

5

4

приобретает значительную кинетическую

энергию, которая превращается в кинетичес-

кую энергию вращения рабочего колеса и

Ðèñ. 14.1.1

затем в электроэнергию с помощью элект-

215

.Ðèñ1.2.14

водасжимаетсянасосомотдав-

2

S

=const(точка3),затем

áàðåP

x=const

полностьюконденсируетсяпоизо-

2

3

2

Влажныйпарвконденсаторе

T

изображенанарис..1.2.14

5

TS-диаграммациклаРенкина

2

1

T

P=const

ифизикомР..Клаузиусом

1

4

k

ландскиминженером.УРенкиным

1

ложенпочтиодновременношот-

=const

P

T

Ренкина,в50-х.ггXIX.вбылпред-

Такойцикл,названныйциклом

поустройству,потребляющиемало.энергии

вышениемеедавленияприменяютсянасосы,компактныеипростые

перемещенияводыизконденсаторавкотелсодновременнымпо-

1

2

отPдоPподлежитневлажныйпармалойплотности,а.водаДля

конденсатореполностью.сконденсироватьВэтомслучаесжатию

новкесцикломКарно,могутбытьчастичноустранены,еслипарв

Перечисленныевышенедостатки,присущиепаросиловойуста-

.2.14ЦиклРенкина

влажномпаре,ненашелпрактического.применения

шая.энергияПоэтимпричинамциклКарно,осуществляемыйво

эксплуатацииустройство,наприводкоторогозатрачиваетсяболь-

миобъемамипредставляетсобойвесьмагромоздкое,неудобноев

сжатиявлажногопарасмалымидавлениямиибольшимиудельны-

оказываетсясравнительно.малымКромеэтого,компрессордля

0i

t

i

ΚΚ

Κ

цикла

0i

снижается,поэтомувнутреннийабсолютный.д.п.к

Κ

этихмашин

рессоровоказываютсятяжелымиивнутреннийотносительный.д.п.к

навлажномпареусловияработыпроточныхчастейтурбиникомп-

ванияосуществлениеэтогоцикланецелесообразно,.к.тприработе

Темнеменее,сучетомусловийработытеплосиловогооборудо-

350273,15

t

.0,52

1

Κ

25

273,15

напоизвестнымначальнымпараметрам.пара

определитьвеличинутермического.д.п.кобратимогоциклаРенки-

мыилитаблицтермодинамическихсвойствводыиводяногопара

-диаграм-

hS

Уравнения.2.(144)и.2.(146)позволяютспомощью

5

h

1

.

h

t

.2.(146)

2

1

â

5

1

Κ

PP

v

h

h

исоотношение.2.(144)сучетом.2.(145)запишетсяввиде

,

2

1

â

3

5

v

h

h

.2.(145)

P

P

впадаетсизохорой(из-замалойсжимаемостиводы),то

.насосаПосколькуадиабатасжатияводывнасосепрактическисо-

3

5

–этотехническаяработа

–h

работув.турбинеРазностьжеh