Термический КПД и холодильный коэффициент

Эффективность теплосиловых и холодильных машин является чисто экономическим показателем и определяется как отношение двух величин –

полезный результат от использования машины

затраты на использование машины

Так, для теплосиловой машины полезным результатом является техническая работа ее цикла, которая затем превращается в электроэнергию или в работу по перемещению, например, транспортных средств. Затратами же является теплоприток от продуктов сгорания топлива, связанный с расходами на приобретение и сжигание топлива. Эффективность прямого цикла, или цикла теплосилового двигателя характеризуется не только работой (технической работой), совершенной за цикл, но и теплопритоком от продуктов сгорания, т.е. q_Г , затраченным на совершение цикла. Отношение этих величин в равновесном цикле называется термическим КПД цикла:

_t = l_Ц / q_Г . (1-25)

Таким образом, термический КПД цикла показывает, какую часть теплопритока от продуктов сгорания удалось бы превратить в работу (техническую работу) цикла, если бы все процессы в цикле были равновесными.

При заданных значениях температуры источника Т_мах и приемника Т_мin тепловых потоков максимальный термический КПД теплосилового двигателя определяется теоремой Карно, согласно которой он равен (Т_мах - Т_мin)/ Т_мах

Сравнительный анализ типовых задач на прямые и обратные циклы

Ниже приводятся: 1)схемы паротурбинной установки и парокомпрессионной холодильной машины, 2)изображение циклов в диаграммах, 3)исходные данные для решения задач.

Паротурбинная установка:

· ПГ -парогенератор (паровой котел), в котором поток водяного пара (рабочее тело) получает теплопритокq_г, кДж/кг, от горячей среды - продуктов сгорания топлива, сжигаемого в топке котла;

· Т - паровая турбина, в которой поток рабочего тела - водяного пара совершает техническую работуl_т, кДж/кг, направляемую по вращающемуся ротору к электрогенератору;

· КД - конденсатор, в котором осуществляется теплоотвод q_o от потока конденсирующегося пара (рабочее тело) в окружающую среду - холодную воду, омывающую конденсатор;

Н - питательный насос, в котором над потоком воды (рабочее тело) совершается техническая работа l_н , кДж/кг, обеспечивающая напор и подачу воды в котел.

Парокомпрессионная холодильная машина:

· И - испаритель (охлаждающий прибор), в котором осуществляется теплоприток q_x, кДж/кг, от холодной среды - холодильной камеры или хладоносителя (рассола) - к потоку кипящего в испарителе хладагента; процессы в испарителе и парогенераторе (паровом котле) одинаковы, отличаясь только уровнями температур - соответственно ниже и выше окружающей атмосферной среды.

· Км - компрессор, в котором над потоком хладагента совершается техническая работа l_км,кДж/кг, обеспечивающая повышение давления и подачу хладагента;

· КД - конденсатор, в котором, как и в паротурбинной установке, осуществляется теплоотвод q_o , кДж/кг, от конденсирующегося потока хладагента в окружающую среду - холодную воду или воздух, омывающие конденсатор;

· Др - дросселирующее устройство (терморегулирующий вентиль или капиллярная трубка), в котором за счет снижения давления в потоке жидкой фазы происходит ее частичное испарение и ее температура понижается; технической работы и теплопритока здесь нет;

***

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ ПО РАЗДЕЛУ 1

1. Какие формы переноса энергии, кроме работы сил, существуют в природе и рассматриваются термодинамикой?

2. В каких единицах измеряют энергию, переносимую в форме работы сил, в частности, электроэнергию? То же - переносимую при теплообмене? Какие единицы этих видов переноса энергии установлены в СИ?

3. Почему рыночная цена единицы электрической энергии, а в общем случае - работы сил, выше, чем цена такой же единицы тепловой энергии?

4. В каких случаях и как можно определить по манометру температуру пара в паровом котле ? То же - в конденсаторе или испарителе холодильной машины?

5. Что означает и чему примерно равна величина КПД двигателей внутреннего сгорания на транспортных средствах и теплосиловых установок на паротурбинных или газотурбинных электростанциях?

ТЕСТ ПО РАЗДЕЛУ 1

Исключите (зачеркните) по одному неверному варианту в каждом из следующих суждений (верные ответы даны в конце пособия):

1. Величинами, которые перешли в термодинамику из механики, являются:

А- Давление р, Па. Б- Работа силы L, Дж. В- Температура t,⁰C.

2. Величинами, включаемыми в I закон термодинамики, являются:

А- Теплоприток (теплота процесса) Q. Б- Работа силы L. В- Энтропия S. Г- Внутренняя энергия U.

3. Давление в 1 МПа можно выразить как

А- 10³ кПа. Б- 10,2 кГс/см ². В- 750 мм рт.ст.

4. 1 МДж равен

А- 3,6 кВт.ч. Б- 1/3,6 кВт.ч. В- 4,19.10³ ккал.

5. Водяной пар при 0,102 МПа и 100⁰С может представлять собой

А- перегретый пар. Б- влажный пар. В- сухой насыщенный пар.

* * *