Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Моделирование цикла Ренкина

ВВЕДЕНИЕ

Термодинамические параметры воды и водяного пара определяются в инженерных расчетах одним из следующих способов:

1. С помощью таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара [1], рассчитанных по Международной системе уравнений 1968 г. Данные точны и надежны, но процедура поиска параметров требует времени, при расчете термодинамических процессов становится достаточно сложной; применяется двойная интерполяция.

2. С помощью диаграммы h-s водяного пара. Метод отличается простотой и наглядностью, эффективен при расчете термодинамических процессов, трудоемкость значительна, а точность определения параметров невысока.

3. С помощью уравнений, полученных на основе вириального уравнения состояния водяного пара. Этот метод разработан специально для машинных расчетов и обеспечивает достаточную для инженерных разработок точность при затратах машинного времени, значительно меньших, чем при использовании Международной системы уравнений 1968 г.

Умение пользоваться всеми тремя методами является обязательным для студентов специальности ПТЭ при расчете процессов и циклов с водяным паром.

1. ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Задачами работы являются:

1. Освоение методов определения термодинамических параметров воды и водяного пара при различных способах задания исходных данных.

2. Оценка влияния параметров водяного пара на эффективность цикла Ренкина.

Продолжительность работы - 4 часа.

2. ОПИСАНИЕ СХЕМЫ И ЦИКЛА РЕНКИНА ПАРОСИЛОВОЙ УСТАНОВКИ

Схема паросиловой установки и ее цикл в координатах Т-s приведены в отчете.

Образующийся в парогенераторе ПГ водяной пар (точка 1) расширяется в турбине Т до давления р2. Теоретически процесс расширения 1-2 – адиабатный; действительный процесс 1-3 – политропный; степень необратимости процесса расширения учитывается относительным КПД турбины , где h1,h2,h3 - энтальпии в соответственных точках цикла.

В конденсаторе Кр отработавший пар конденсируется, конденсат насосом Н возвращается в парогенератор.

Показателями эффективности цикла являются:

1. Термодинамический КПД цикла

где - энтальпия конденсата при давлении р2.

2. Располагаемый теплоперепад (полезная работа цикла) .

3. ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ

Основными параметрами состояния воды и водяного пара являются давление р, температура t, удельный объем V, энтропия S, энтальпия h и химический потенциал j, дополнительный параметр - степень сухости х (для влажного пара).

Состояние описывается полностью:

1. На линии насыщения – одним основным параметром (любым).

2. В области влажного пара – одним основным параметром (любым) и степенью сухости х.

3. В области перегретого пара – двумя любыми основными параметрами.

Состояние насыщения водяного пара описывается уравнениями:

Здесь рн - давление насыщения, МПа;

Тн - температура насыщения, К;

аi - вириальные коэффициенты по [2].

В качестве примера: ао =2,20732; а1 =-0,211718 и т.д. Остальные параметры рассчитываются по единому уравнению с разными вириальными коэффициентами аj для каждого параметра

Погрешность расчета параметров состояния не превышает 2 %. Параметры влажного пара со степенью сухости х рассчитываются по интерполяционным уравнениям ; ; и т.д.

Здесь S", h", v" - параметры сухого насыщенного пара; S', h', v' - параметры кипящей воды.

Программное обеспечение лабораторной работы состоит из вызывающей программы CIKL и 38 подпрограмм-функций, вычисляющих по двум произвольно заданным параметрам состояния все остальные в данной точке.

Программа CIKL сравнивает исходные параметры с параметрами на линии насыщения и определяет область состояния: влажный пар, сухой пар, перегретый пар, кипящая вода, а затем, вызывая соответствующую подпрограмму, передает ей весь объем вычислений.

Расчет цикла при таком построении вычислений не представляет труда: в любом цикле переход от одной характерной точки к другой (термодинамический процесс) происходит при постоянстве какого-либо параметра. Так, в цикле Ренкина для адиабатного процесса 1-2 S=const при заданном давлении р2 получаем пару параметров р, S, что достаточно для расчета всех остальных в состоянии 2, и т.д.

4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Подгруппа из 3-5 студентов выполняет на ЭВМ одну из указанных ниже задач:

I. Исследовать влияние давления пара р1 перед турбиной на показатели эффективности цикла Ренкина.

Ввести в программу значения параметров: р2 =4.10-3МПа; t1 =550 оС; hoi =0,90 и, задавая ряд значений р1 =1, 2, 3, 4, 5, 10 МПа, вычислить параметры рабочего тела в точках 1, 2, 3 цикла. После этого по таблицам водяного пара [1] найти параметры рабочего тела в точках 4, 5, 6 цикла. Определить для каждого случая:

а) располагаемый и действительный теплоперепады;

б) термодинамический КПД цикла;

в) теплоту, отводимую в конденсаторе;

г) теплоту перегрева.

Построить цикл в координатах T-s; построить зависимость .

II. Исследовать влияние температуры пара t1 перед турбиной на показатели эффективности цикла Ренкина.

Ввести в программу значения параметров: р1 =5 МПа; р2 =4.10-3МПа; h oi=0,90 и, задавая ряд значений t1 =300; 350; 400; 450; 500; 550 оС, вычислить параметры рабочего тела в точках 1, 2, 3 цикла. По таблицам водяного пара [1] найти параметры рабочего тела в точках 4, 5, 6 цикла. Определить для каждого случая:

а) располагаемый и действительный перепады;

б) термодинамический КПД цикла;

в) теплоту, отводимую в конденсаторе;

г) теплоту, подводимую к рабочему телу.

Построить цикл в координатах T-s; построить зависимость .

III. Исследовать влияние внутреннего относительного КПД турбины h oiна показатели эффективности цикла Ренкина.

Ввести в программу значения параметров: р1 =10 МПа; t1 =500 оС,

р2 =5.10-3МПа и, задавая ряд значений hoi =0,85; 0,86; 0,87; 0,88; 0,89; 0,90, вычислить параметры рабочего тела в точках 1, 2, 3 цикла.

По таблицам водяного пара [1] найти параметры рабочего тела в точках 4, 5, 6 цикла. Определить для каждого случая:

а) располагаемый и действительный теплоперепады;

б) термодинамический КПД цикла;

в) теплоту, отводимую в конденсаторе;

г) среднюю температуру подвода и отвода тепла.

Построить цикл в координатах T-s, построить зависимость .

IV. Исследовать влияние начальных параметров цикла на конечную степень сухости х в цикле Ренкина.

Ввести в программу значения параметров: р2 =5.10-3МПа; hoi =0,9 и вычислить параметры рабочего тела в точках 1, 2, 3 цикла, задавая значения:

а) р1 =10 МПа; t1 =350; 450; 550 оС;

б) р1 =1 МПа; t1 =350; 450; 550 оС.

а) термодинамический КПД цикла;

б) теплоту, отводимую в конденсаторе;

в) среднюю температуру отвода и подвода тепла.

Построить цикл в координатах T-s и зависимость , указать область значений р1, t1, при которых х≥ 0,85.

Каждый студент полностью рассчитывает один режим работы паросиловой установки. При построении графиков используются результаты, полученные студентами подгруппы.

5. ОБРАЗЕЦ ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

1. Схема и цикл паросиловой установки

2. Параметры цикла Ренкина

Параметр цикла	Значение параметра в точках цикла

Давление p, МПа
Температура t, ^оС
Удельный объем v, м³/кг
Энтальпия h, кДж/кг
Энтропия S, кДж/(кг^.К)
Степень сухости x

3. Расчет цикла Ренкина

Рассчитываемая величина	Расчетное значение величины
Теплоперепад, кДж/кг, располагаемый D h_p действительный D h_д
Термодинамический КПД цикла h_t
Тепло, отводимое в конденсаторе q₂, кДж/кг
Тепло, подводимое в цикле q₁, кДж/кг
Теплота перегрева q_п, кДж/кг
Средняя температура, ^оС подвода тепла t_п отвода тепла t_о

4. Влияние …………………...на эффективность цикла Ренкина

Студент:

Группа:

Работу принял:

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Чем ограничены параметры рабочего тела р1, р2, t1 в цикле Ренкина?

2. Изобразить в T-s координатах цикл Ренкина насыщенного пара. Определить его термодинамический КПД, если максимальное давление в цикле рmax =10 МПа, а минимальное рmin =5.10-3МПа.

3. Изобразить в Т-s координатах цикл Карно насыщенного пара. Определить степень сухости пара в конце процесса конденсации, если р1 =10 МПа, а р2 =5.10-3МПа.

4. Сравнить термодинамические КПД циклов Ренкина и Карно насыщенного пара при одинаковых наибольшей и наименьшей температурах в цикле.

5. Определить удельный расход пара в цикле, рассматриваемом в лабораторной работе.

6. Почему изменяется термодинамический КПД цикла Ренкина при изменении hoi (температура и давление пара в конденсаторе при этом неизменны)?

7. Показать на h-s диаграмме область параметров перегретого пара, обеспечивающих получение на выходе из турбины степень сухости пара не менее 0,9 при давлении пара р2 =5 кПа. Как меняется эта область при повышении давления пара р2?

8. Как определяется средняя температура подвода тепла в цикле Ренкина?

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ривкин, С.Л. Термодинамические свойства воды и водяного пара: справочник/С.Л. Ривкин, А.А. Александров. - 5-е изд.-М.: Энергоатомиздат, 2006.-80 с.

2. Александров, А.А. Термодинамические основы циклов теплоэнергетических установок/А.А. Александров. -М.: Изд-во МЭИ, 2004.-157 с.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 Следующая ⇒

Воспользуйтесь поиском по сайту: