Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Elektrárny 1 Přednáška č.3 Pracovní látka TE (TO).

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Elektrárny 1 Přednáška č.3 Pracovní látka TE (TO)."— Transkript prezentace:

1 Elektrárny 1 Přednáška č.3 Pracovní látka TE (TO)

2 E1 Pr PracovniLatkaTO2 Přednáška č.3 –Jaká pracovní látka by byla ideální pro TE -TO? –Jednofázová pracovní látka v TO – ideální plyn – plynové oběhy (PlO). –Výpočet účinnosti ideálního TO s jednofázovou pracovní látkou. –Látka procházejí v TO dvoufázovým prostředím – parní oběhy (PE). –Výpočet účinnosti ideálního TO s jednofázovou pracovní látkou.

3 E1 Pr PracovniLatkaTO3 Definice TO pro RC

4 E1 Pr PracovniLatkaTO4 Maximální účinnost TO Maximální účinnost TO a tím i TE je dána tepelnou účinností oběhu: Carnotův cyklus: 2 – 3 = izotermická expanze - přívod tepla q P =q T TATA TBTB 2 qPqP qOqO Kde: T B – nejnižší teplota v TO – teplota studené lázně T A – nejvyšší teplota v TO – teplota teplé lázně 3 – 4 = adiabatická expanze – zisk práce w t =w – 1 = izotermická komprese - odvod tepla q O =q – 2 = adiabatická komprese – přívod technické práce do TO - w t,p =w 1-2 w 3-4 wtwt

5 E1 Pr PracovniLatkaTO5 Aplikace termodynamického omezení (Carnotova oběhu) pro TE 1.Každý jiný oběh, daný nejvyšší T A a nejnižší teplotou T B použitou v TO, má nižší účinnost než Carnotův oběh. 2.Přívod tepla do CO je proveden izotermicky, což u reálných PlO a PO nelze provést. 3.Přívod tepla u reálných oběhů je proveden izochoricky nebo zidealizovaně izobaricky. 4.Přívod tepla do oběhu se snažíme co nejblíže přiblížit izotermickému - CO. 5.Odvod tepla z TO lze provádět vždy izotermicky – studená lázeň je tvořena teplotou okolí. 6.Teplota okolí je limitní spodní teplotou, kterou nelze překročit. 7.Studená lázeň je tvořena vzduchem jehož stavovou rovnici lze považovat za rovnici ideálních plynů. 8.U PO je nutné provádět odvod tepla nepřímo prostřednictvím tepelného výměníku, tak aby nedošlo k míšení dvou různých látek při tlaku daném tlakem studené lázně.

6 E1 Pr PracovniLatkaTO6 Tepelný oběh plynové turbíny – Braytonův TO

7 E1 Pr PracovniLatkaTO7 Výpočet účinnosti u plynových oběhů pracovní látku TO lze považovat za ideální plyn pro nějž lze stavové změny počítat pomocí stavové rovnice, respektive, podle rovnice termodynamické změny z výchozího stavu do konečného. ideální CO pracuje s ideální pracovní látkou – ideální plyn podle definice CO musíme znát dvě izotermické rovnice pro přívod a odvod tepla a dvě adiabatické změny. teplotu okolí známe vždy =T B tepotu přívodu tepla T A do TM musíme stanovit. rovnici adiabaty odvodíme ze stavové rovnice a prvního termodynamického zákona.

8 E1 Pr PracovniLatkaTO8 Potřeba kompresní práce – w t K – 1.f. látka TO QPQP W t =W t TM -W t K QOQO W t TM T 4, p 4 =p 1 T 1, p 1 T 2, p 2 T 3, p 2 =p 3 Energetická bilance TO: q p =q O +w t TM = =q O +w t TM - +w t K

9 E1 Pr PracovniLatkaTO9 Stavové veličiny a schéma oběhu

10 E1 Pr PracovniLatkaTO10 Ideální pracovní látka TO = ideální plyn Definice ideálního plynu: -rozměry molekul jsou ve srovnání se střední vzdáleností molekul zanedbatelně malé -molekuly na sebe navzájem nepůsobí přitažlivými ani odpudivými silami -vzájemné srážky molekul a srážky molekul s hranicí systému jsou dokonale pružné - skutečné plyny se svými vlastnostmi přibližují k vlastnostem ideálního plynu, mají-li dostatečně vysokou teplotu a nízký tlak - zanedbání vzájemného působení mezi molekulami ideálního plynu znamená, že celková potenciální energie je nulová proto vnitřní energie ideálního plynu je rovna celkové kinetické energii soustavy molekul tohoto plynu - molekuly ideálního plynu konají translační a víceatomové molekuly i rotační a kmitavý pohyb

11 E1 Pr PracovniLatkaTO11 Základní charakteristiky částic Relativní atomová (molekulová) hmotnost – poměr klidové hmotnosti částici a atomové hmotnostní konstanty: Atomová hmotnostní konstanta: 1/12 hmotnosti atomu uhlíku: Látkové množství - poměr počtu částic určitého druhu k Avogadrovemu číslu: Avogadrovo číslo – počet atomů obsažených ve 0,012 kg uhlíku:

12 E1 Pr PracovniLatkaTO12 Základní charakteristiky částic Molární hmotnost – hmotnost jednoho molu látky: Vztah molární hmotnosti s relativní atomovou hmotností: Hustota částic – počet částic v jednotce objemu látky: Počet částic v látce:

13 E1 Pr PracovniLatkaTO13 Tlak ideálního plynu - plocha válce - délka válce -počet částic, které se pohybují ve směru plochy: - sila tlaku částic o plochu: - druhy Newtonův zákon pro jednu částice:

14 E1 Pr PracovniLatkaTO14 Molekulárně-kinetické rovnice ideálního plynu Kinetická energie jedné molekuly plynu je závislá na teplotě podle vztahu: V tomto vztahu se objevuje konstanta k jedná se o Boltzmannovu konstantu, její hodnota je: Střední kinetická energie neuspořádaného posuvného pohybu molekuly jednoatomového (ideálního) plynu je úměrná absolutní teplotě

15 E1 Pr PracovniLatkaTO15 Stavová rovnice pro ideální plyn Plyn, který je v rovnovážném stavu, lze charakterizovat stavovými veličinami: termodynamickou teplotou T, tlakem p, objemem V a počtem částic N (popř. látkovým množstvím n, hustou plynu ρ, hmotností plynu m atd.) Rovnice, která vyjadřuje vztahy mezi těmito veličinami se nazývá: stavová rovnice Tato rovnice musí být rovna kinetické rovnici ideálního plynu ODVOZENÍ STAVOVÉ ROVNICE PRO IDEÁLNÍ PLYN:

16 E1 Pr PracovniLatkaTO16 Děje probíhající s ideálním plynem Izotermická změna stavu: teplota plynu při změně stavu je konst. Plyn o dané hmotnosti mění pouze svůj tlak a objem: Boylův - Mariotův zákon: Při izotermickém ději s ideálním plynem stálé hmotnosti je součin tlaku a objemu plynu stálý Teplo přijaté ideálním plynem při izotermickém ději se rovná práci, kterou plyn při tomto ději vykoná.

17 E1 Pr PracovniLatkaTO17 Děje probíhající s ideálním plynem Izochorická změna stavu - objem plynu při stavové změně je konst. Při izochorickém zahřívání plynu se zvyšuje jeho tlak Charlesův z á kon: Při izochorickém ději s ideálním plynem stálé hmotnosti je tlak plynu přímo úměrný jeho termodynamické teplotě Teplo přijaté ideálním plynem při izochorickém ději se rovná přírůstku jeho vnitřní energie:

18 E1 Pr PracovniLatkaTO18 Děje probíhající s ideálním plynem Izobarický změna stavu: - tlak plynu zůstává při změně stavu konst. Při izobarickém zahřívání plynu se zvyšuje jeho objem Gay - Lussacův zákon: Při izobarickém ději s ideálním plynem stálé hmotnosti je objem plynu přímo úměrný jeho termodynamické teplotě Teplo přijaté ideálním plynem při izobarickém ději se rovná součtu přírůstku jeho vnitřní energie a práce, kterou plyn vykoná:

19 E1 Pr PracovniLatkaTO19 Děje probíhající s ideálním plynem Adiabatický změna stavu - neprobíhá tepelná výměna mezi plynem a okolím: Při adiabatickém stlačení plynu v nádobě se působením vnější síly na píst koná práce, teplota plynu a jeho vnitřní energie se zvětšuje. Při adiabatickém rozpínání koná práci plyn, teplota plynu i jeho vnitřní energie se zmenšuje. Pro adiabatický děj s ideálním plynem stálé hmotnosti platí Poissonův zákon

20 E1 Pr PracovniLatkaTO20 Odvození rovnice stavové rovnice pro ideální plyn Provedeme změnu stavu ideálního plynu ze stavu 1 do stavu 2. –Nejdříve budeme měnit tlak z p1 na p2 při konstantní teplotě (Boyleův zákon) po dosažení tlaku p2 = konst. budeme měnit objem z teploty T1 na T2 (Gay-Lussacův zákon)

21 E1 Pr PracovniLatkaTO21 Stavová rovnice pV = nRT kde: N A k = R R je molární plynová konstanta R = 8,31J.K -1 mol -1 Při stavové změně ideálního plynu stále hmotnosti je

22 E1 Pr PracovniLatkaTO22 Stavová rovnice ideální pracovní látky Pro střední hodnotu tlaku platí: je hustota molekul: pV = NkT

23 E1 Pr PracovniLatkaTO23 Odvození rovnice adiabaty Ideální přeměna tepelné energie na technickou práci (bezeztrátová) probíhá adiabaticky. Vnitřní tepelná energie látky nezávisí na jejím objemu, ale pouze na teplotě (Gay-Lussac,Jouleův zákon): Pokud budeme přivádět teplo při konstantním objemu, bude se vnitřní energie u dané pracovní látky zvyšovat v závislosti na její měrném teplu při konstantním objemu. První termodynamický zákon:

24 E1 Pr PracovniLatkaTO24 Odvození rovnice adiabaty Provedeme derivaci stavové rovnice: dosazením do prvního termodynamického zákona: při uvažování adiabatické změny stavu (dq = 0, bez přívodu tepla):

25 E1 Pr PracovniLatkaTO25 Odvození rovnice adiabaty Z 1.TZ si vyjádříme: Podělením rovnic dostaneme: Pisonova konstanta: Provedeme integraci rovnice:

26 E1 Pr PracovniLatkaTO26 Stanovení teploty po adiabatické změně Teplota po změně: Dosazení plynové konstanty ze stavové rovnice ve stavu 1: Z rovnice pro adiabatu si vyjádříme poměr v2/v1: Dosadíme do rovnice pro T2:

27 E1 Pr PracovniLatkaTO27 Stanovení teploty po adiabatické změně

28 E1 Pr PracovniLatkaTO28 Jednofázová vs. dvoufázová pracovní látka TO

29 E1 Pr PracovniLatkaTO29 Rankine Clausiův TO v 2.f.

30 E1 Pr PracovniLatkaTO30 Potřeba kompresní práce – w t K – 1.f. látka TO QPQP QOQO WtWt p1p1 p 2 ÷ p 3 T 1, p 4 T3T3

31 E1 Pr PracovniLatkaTO31 Změny stavu pracovní látky

32 E1 Pr PracovniLatkaTO32 i-s diagram vodní páry

33 E1 Pr PracovniLatkaTO33 Volba pracovní látky TO v 2f prostředí Výběr pracovní látky pro TO v parních obězích má zásadní význam pro možnost jejího použití. Pracovní látka s ohledem na její mezní křivku můžeme mít různý průběh:

34 E1 Pr PracovniLatkaTO34 Mokré pracovní látky R22 - FREON 22 Chloridfluoromethan (molekulární složení - CHClF 2 )

35 E1 Pr PracovniLatkaTO35 Izoentropické pracovní látky Organické pracovní látky izoentropické mají pravou mezní křivku rovnou přibližně izoentropické expanzi probíhající ideálně v TM. Na obrázku je znázorněna mezní křivka organické látky technického označení R11

36 E1 Pr PracovniLatkaTO36 Porovnání mezních křivek chladiv v p-i (h) diagramu

37 E1 Pr PracovniLatkaTO37 Parametry pracovních látek – RC oběhu

38 E1 Pr PracovniLatkaTO38 ORC oběh

39 E1 Pr PracovniLatkaTO39 ORC v ČR


Stáhnout ppt "Elektrárny 1 Přednáška č.3 Pracovní látka TE (TO)."

Podobné prezentace


Reklamy Google