Термодинамические основы термотрансформации

           

       Идеальным циклом для ТТ является обратный цикл Карно:

 

1-2 – адиабатическое сжатие в компрессоре;

2-3 – изотермический отвод тепла в теплоотдатчике;

3-4 – адиабатное расширение в детандере;

4-1 – изотермический подвод тепла в теплоприемнике.

 

Q_В

T_B                               3                  2

Q_В

           

Т_ОС   3              2   4                  1

Q_H

 

T_H   4                   1

Q_H                                                          S

Расчетные параметры:

1) количество тепла, отводимое от НИТ: q_H = Тн DS (ХЛУ: q_H = q_O);

2) количество тепла, отданное верхнему источнику: q = Тв DS (ТНУ: q_B =q_O);

3) затраченная работа: l = l_КМ – l_ДТ = (Тв – Тн)DS = q_В – q_Н

 

Основные показатели:

1) холодильный коэффициент (для ХЛУ)

e = q_Н / l = q_О / l

2) коэффициент преобразования тепла (для ТНУ)

m = q_В / l = q_ТН / l

3) коэффициент использования механической или электрической энергии для производства тепла (холода) – для комбинированных схем

y = (q_Н+ q_В)/ l = e + m

Уравнение энергетического баланса:

q_Н + l_КМ = q_В + l_ДТ

q_В = q_Н + l, где l = l_КМ + l_ДТ

Тогда m = (q_Н + l)/ l = 1+ e

 

 

ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА СИСТЕМ ТРАНСФОРМАЦИИ ТЕПЛА

 

Параметры окружающей среды:

Рос = 0,1 МПа, Тос = 293 К.

Виды энергии:

1) организованная форма энергии, переходящая в любые другие виды независимо от параметров источника и параметров окружающей среды: механическая и электрическая энергия;

2) неорганизованная форма. Переход в другие виды зависит от параметров источника и параметров окружающей среды: тепловая энергия.

Эксергией называется практическая ценность любого вида энергии, мера работоспособности. Обозначение эксергии: Е, тепловой энергии: Q.

Е = t Q, Дж, где t - коэффициент работоспособности (0<t<1).

е = t q, Дж/кг

t = Е / Q = l / q = l_МАХ / q

       Для электрической и механической энергии: t = 1

       Расчет коэффициента работоспособности:

 

Т

 

 

 

Т_ОС

         Т>T_OC

 

Т<T_OC

S

 

 

Эта формула справедлива как для прямых, так и для обратных циклов.

                   Для тепловых двигателей: t = h_T^К

       Для термотрансформаторов: Тос > Т Þ t < 1

                                                       Т® 0      Þ t® - ¥

       Если Т = Тос, то t = 0

Определение величины эксергии:

Эксергия потока:

S₂ = S₃ (Sос), S₁ = S

 

Т                          Р

1                           T = const

2

P_OC

3                                                 T_OC

 

S

 

e = S l = l_1-2 + l_2-3

   l_2-3 = i₂ – i₃

Тогда получим:

e = i₁ – i₂ – Тос (S₁ – S₂) + i₂ – i₃

Так как i₁ = i, S₁ = S, S₂ = S₃ = Soc, i₃ = i_ОС, то:

e = i – i _ОС – Тос (S – Sос) – эксергия потока.

E = G_РТ e

Параметры i_ОС, Sос определяются по термодинамическим свойствам рабочего тела (РТ) согласно принятых Рос, Тос.

T

2

       T₂

 

T_СР.А

1

       T₂

 

S

 

t = 1 – Тос/ Т

Тср.а = (Т₁ + Т₂)/ 2

Тср = Тср.а - справедлива, если Т₂ / Т₁ < 1,1

dQ = G Cp dT = W dT

dQ = TdS Þ dS = dQ/ T = W dT/ Т

, где W = const

 - справедлива, если Т₂/ Т₁ >1,1

Эксергетический баланс:

E_ВХ – E_ВЫХ = S D, где S D – потеря эксергии.

Степень термодинамического совершенства:

h _ТС = E_ВЫХ / Е_ВХ = (Е_ВХ - S D)/ E_ВХ = 1 - S D/ E_ВХ

h_EX = h_ТС – эксергетический КПД.

Эксергетический КПД характеризует степень приближения реального процесса к идеальному в реальных условиях.