Файл: Методические указания к практическим работам по дисциплине "Общая энергетика". Составитель Д. П. Андрианов Владимир 2014.pdf

8
где р, v, T — независимые параметры, определяющие состояние тела.
Свойство энтропии состоит в том, что изменения величин состояния тела в процессе не зависят от его характера и полностью определяются крайними состояниями тела в процессе и изменения этих величин в циклах равны нулю.
Решение
примеров.
Задача. Определить давление при заданной температуре кипения для различных веществ, согласно табл. 1.1, и рис. 1.1. (Необходимо определить давление в мм. рт. ст., избыточное давление в ати, и давление в кг/см
2
, если 1 физ. ат =1,0333 кг/см
2
=760 мм. рт. ст.)
Таблица 1.1
Данные для определения давления
№ варианта
t
кип
ºС
Вещество
№ варианта
t
кип
ºС
Вещество
1
-90
СО
2 16 210
Н
2
О
2
-80
СО
2 17 230
Н
2
О
3
-70
СО
2 18 250
Н
2
О
4
-50
СО
2 19 270
Н
2
О
5
-30
СО
2 20 280
Н
2
О
6
-10
СО
2 21 370
Нg
7 0
СО
2 22 390
Нg
8 10
СО
2 23 410
Нg
9 20
СО
2 24 430
Нg
10 30
СО
2 25 450
Нg
11 110
Н
2
О
26 470
Нg
12 130
Н
2
О
27 490
Нg
13 150
Н
2
О
28 510
Нg
14 170
Н
2
О
29 530
Нg
15 190
Н
2
О
30 550
Нg
Контрольные
вопросы
1.
Что такое удельный объем, удельный вес, плотность?
2.
Чему равна температура в ºК 0ºС?
3.
Дайте определения энтропии, энтальпии.
4.
Дайте определения или опишите процесс: пара, парообразования, испарения, кипения, конденсации, возгонки, десублимации, насыщенного пара, сухого насыщенного пара, влажного насыщенного пара, перегретого пара.
5.
В чем состоит различие между эмпирической и абсолютной температурами?
6.
Какими приборами измеряются температура и давление?
7.
В чем состоит различие между физической и технической атмосферами?
8.
Как связаны между собой степень влажности и степень сухости пара?

9
Практическое
занятие № 2
2.
Термодинамические
процессы.
Цель работы: Освоение методики расчетов параметров термодинамических процессов.
План проведения занятия:
1.
Рассмотрение теоретических сведений.
2.
Решение примеров.
3.
Ответы на контрольные вопросы.
Краткие
теоретические сведения
Удельная теплоемкость с – количество теплоты q, которое требуется для изменения температуры единицы количества вещества на один градус:
В зависимости от способа измерения единицы количества вещества, характера термодинамического процесса и величины интервала температур различают несколько видов теплоемкостей.
1.В зависимости от единицы количества вещества – 1 кг, 1 м
3
, 1 кмоль теплоемкость бывает
массовой с [Дж/(кг К)]
объемной c’ [Дж/(м
3
К)]
молярной µс [Дж/(кмоль К)]
Количество теплоты где m – масса газа, V
н
– объем газа, приведенный к нормальным физическим условиям, n
– число молей газа.
2. В зависимости от способа подвода теплоты теплоемкость бывает:
теплоемкость при постоянном давлении (изобарная) с р
,
теплоемкость при постоянном объеме (изохорная) с v
или где R – газовая постоянная. Показатель адиабаты
3. В зависимости от интервала температур теплоемкость бывает:
истинная c – теплоемкость, соответствующая бесконечно малому интервалу температур,
средняя c m
- теплоемкость, соответствующая конечному интервалу температур.
При практических расчетах пользуются табличными данными средних теплоемкостей в интервале температур от 0 до t о
С. Количество теплоты, требующееся для нагрева 1 кг рабочего тела от 0 до t
1
или до t
2
:

10
где
- табличные значения теплоемкостей в интервалах температур (0..t
1
) и (0..t
2
).
4.

11
Рис. 2.4 Адиабатный процесс в p-V и T-s координатах
Политропный
процесс имеет обобщающее значение – охватывает всю совокупность основных термодинамических процессов. pV
n
= const
Показатель политропы n может принимать любое численное значение в пределах от –∞ до
+∞, но для данного процесса величина постоянная.
Термический КПД тепловой машины
К
= (Q1-Q2)/Q1 где Q1 - теплота, переданная рабочему телу от теплоотдатчика;
Q2 - теплота, отведенная от рабочего тела в теплоприемник.
В течение всего цикла рабочее тело совершает работу А = Q1 - Q2.
Рис. 2.5 Изображение основных термодинамических процессов идеального газа в p-V и T-s координатах.
Решение
примеров.
1.
Считая теплоёмкость идеального газа зависящей от температуры, определить: параметры газа в начальном и конечном состояниях, изменение внутренней энергии, теплоту, участвующую в процессе, работу расширения.
Вариант
Процесс t
1
, о
С t
2
, о
С
Газ p
1
,МПа m, кг
0
Изохорный
2400 400
O
2 1
2 1
Изобарный
2200 300
N
2 4
5 2
Адиабатный
2000 300
H
2 2
10 3
Изохорный
1800 500
N
2 3
4 4
Изобарный
1600 400
CO
5 6
5
Адиабатный
1700 100
CO
2 6
8 6
Изохорный
1900 200
N
2 8
3 7
Изобарный
2100 500
H
2 10 12 8
Адиабатный
2300 300
O
2 12 7
9
Изобарный
1500 100
CO
7 9

12 2.
Сжатие воздуха в компрессоре происходит: а) по изотерме, б) по адиабате.
Известны расход G, начальное давление Р
1
= 100 кПа, начальная температура t
1 0
C, степень сжатия
ε
. (Таблица 2.1)
Определить для обоих вариантов величину теоретической работы сжатия, мощности компрессора, а также изменения внутренней энергии и энтропии при сжатии
Теплоемкость воздуха С
v
= f(t) считать постоянной.
Т а б л и ц а 2 . 1
Последняя цифра шифра
ε t
1 0
C
Предпоследняя цифра шифра
G, кг/мин
0 4
5 0
20 1
4.5 10 1
23 2
4.8 15 2
25 3
5.0 20 3
27 4
5.5 25 4
30 5
6.0 10 5
32 6
6.5 30 6
35 7
7.0 18 7
38 8
7.5 23 8
40 9
8.0 27 9
45 10 7.5 5
0 20 11 7.0 10 1
23 12 6.5 15 2
25 13 6.0 20 3
27 14 5.5 25 4
30 15 5.0 10 5
32 16 4.8 30 6
35 17 4.5 18 7
38 18 4
23 8
40 19 3.5 27 9
45
Контрольные
вопросы
1.
В чем заключаются особенности адиабатного процесса?
2.
В чем заключаются особенности политропного процесса?
3.
В чем заключаются особенности изобарного процесса?
4.
В чем заключаются особенности изотермного процесса?
5.
В чем заключаются особенности изохорного процесса?
6.
Какие виды теплоемкости применяются при расчетах теплопередачи?
7.
Что учитывает средняя теплоемкость?
8.
В чем заключаются особенности равновесного термодинамического процесса?
9.
Как связаны между собой молярная и массовая теплоемкости?
10.
Как определить газовую постоянную через теплоемкости?

13
Практическое
занятие № 3
3.
Тепловые
электрические станции
Цель работы: Ознакомиться с принципом работы тепловых электрических станций.
План проведения занятия:
1.
Рассмотрение теоретических сведений.
2.
Решение примеров.
3.
Ответы на контрольные вопросы.
Краткие теоретические сведения
Электрическая станция — совокупность установок и оборудования, используемых для производства электрической энергии и теплоты, а также необходимые для этого сооружения и здания, расположенные на определенной территории. Наиболее распространены паротурбинные тепловые электрические станции (ТЭС), использующие теплоту, выделяемую при сжигании органического топлива. Электрическая энергия на таких станциях вырабатывается генератором с приводом от паротурбинной установки.
В зависимости от вида вырабатываемой энергии различают:
•
конденсационные электрические станции
(КЭС), предназначенные для производства только электрической энергии,
•
теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые производят электрическую энергию и теплоту. На КЭС устанавливаются турбины с низким давлением в конце процесса расширения пара. При этом отработавший поток пара поступает в конденсатор, где охлаждается с потерей теплоты в окружающую среду. На ТЭЦ отработавший пар используют частично или полностью. В этом случае потери теплоты в окружающую среду сокращаются. В настоящее время мощность ТЭЦ составляет около 40% общей мощности ТЭС, а их доля в суммарной выработке электроэнергии достигает
35%.
По виду используемого топлива различают угольные, мазутные, газовые и газомазутные ТЭС. Все виды органического топлива являются невозобновляемыми источниками энергии, и поэтому по мере исчерпания их запасов и удорожания добычи и транспортировки топлива стоимость производимой на ТЭС электрической энергии и теплоты будет возрастать.
Оборудование электростанций, на которых сжигают органическое топливо, может быть приспособлено для сжигания твердого, жидкого или газообразного топлива. Обычно один вид топлива для данной электростанции является основным, а другой — резервным.
В соответствии с начальными параметрами пара различают ТЭС с давлением пара
•
докритическим - для турбоагрегатов мощностью до 200 МВт (около 13 МПа),
•
сверхкритическим - при мощности 250...300 МВт и выше (обычно 24 МПа).
По типу применяемого котельного агрегата различают
•
барабанные котлы с естественной циркуляцией (докритическое давление пара)
•
прямоточные котлы (с критическим и сверхкритическим давлением пара).
В соответствии с технологической структурой различают ТЭС
•
блочные - каждая турбина снабжается паром только от «своего» котла.
•
неблочные. - общие для всех котлов магистрали перегретого пара и питательной воды.
Технологическая
схема производства электроэнергии на угольной ТЭС с паротурбинными установками (рис. 3.1). Уголь поступает со склада 4 в систему пылеприготовления 3, где он дробится, подсушивается и размалывается до пылевидного

14
состояния. Размолотое топливо поступает в горелки 5, в которых смешивается с воздухом и далее сгорает в топочной камере парового котла 6. Теплота, выделившаяся в топке, передается в поверхностях нагрева воде, которая превращается сначала в насыщенный, а затем в перегретый пар, энергией которого приводится во вращение ротор паровой турбины 13. В электрическом генераторе 14, соединенном с турбиной, вырабатывается электрическая энергия, которая после повышения напряжения в трансформаторе 15 направляется по линиям электропередачи 16 к потребителю.
Воздух, необходимый для процесса горения в топке, нагнетается дутьевым вентилятором 8 и подогревается теплотой дымовых газов в воздухоподогревателе 7.
Продукты сгорания топлива, пройдя газовый тракт котла и отдав свою теплоту поверхностям нагрева, поступают в систему очистки дымовых газов 9, а затем дымососом
10 выбрасываются в дымовую трубу //и рассеиваются в атмосфере. Уловленная в системе очистки зола вместе со шлаком, выпадающим в топочной камере, направляется на золоотвал 12. Современные ТЭС проектируются с шлакоблочными заводами.
Пар, отработавший в турбине 13, конденсируется в конденсаторе 17 за счет отвода теплоты охлаждающей водой, перекачиваемой циркуляционным насосом 18 из охладителей /9, в качестве которых служат градирни, пруды-охладители или естественные водоемы (реки, озера, водохранилища). Конденсат откачивается из конденсатора насосом
21 и пропускается через систему подогревателей низкого давления 22, где нагревается паром, отбираемым из промежуточных ступеней турбины. Далее конденсат поступает в деаэратор 23, в котором он освобождается от кислорода и углекислоты. Деаэрированная вода питательным насосом / через систему подогревателей высокого давления 2 подается в котел 6, в результате чего обеспечивается замкнутый цикл движения рабочего тела.
Потери рабочего тела в цикле компенсируются очищенной в системе 20 подготовки добавочной водой.
Потребление электрической энергии.
Характерной особенностью электрических станций является строгое соответствие производства электрической энергии и теплоты ее потреблению. Поэтому для обеспечения надежной работы электростанции необходимо знать потребление энергии во времени, графическое изображение которого в плоской системе координат (рис. 3.2) называют графиком нагрузки. Различают суточные, месячные и годовые графики нагрузок.
Форму графика нагрузки в значительной степени определяет вид энергопотребления. Промышленное энергопотребление за счет одно- и двухсменных предприятий снижается ночью и частично в вечернее время. Коммунально-бытовое потребление энергии значительно утром и вечером, причем в вечернее время пик нагрузки более продолжителен.
Интенсивность транспортных перевозок по городским электрическим магистралям имеет явно выраженный пиковый характер в утренние и предвечерние часы. Уличное освещение имеет максимум ночью, когда другие нагрузки незначительны по сравнению с дневными. Суточные графики сельскохозяйственного потребления энергии характеризуются относительно равной нагрузкой при сезонном изменении ее абсолютной величины. График суточных нагрузок получается почасовым сложением всех потребителей обслуживаемого района за типично летние (июнь) и зимние
(декабрь) сутки. Зимний график (рис. 3.2, а) имеет два пика, летний (рис. 3.2, б) - три.
Летние нагрузки меньше по абсолютной величине.