ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
ТУРБИНЫ
Турбина генерирует механическую энергию за счет использована разности давлений. Обычно давление газа на входе и выходе турбины известно.
Пусть рт и Тш — давление и температура на входе в турбину, а р(Ш и Тои,
|
Вход Tin, и |
|
Вырабатываемая энергия W |
|
Выход | ^cut' 1 а\ т |
соответственно на ее выходе. Турбина выполни механическую работу W. В большинстве случа турбина достаточно хорошо теплоизолирована < окружающей среды и процесс расширения в не происходит адиабатически. В этом случае обме теплом с окружающей средой отсутствует: Q = 1 Если энтальпия газа на входе в турбину раї Hm, а на выходе из нее НоЛ, то
|
Рис. 4.4. Турбина |
W = Hm-Houl (I
или
^ — Міп/^ні — Мlull^01.1 " й (Ап ^lUil ) ’
|
- количество вещесг |
поскольку в стационарных условиях ціп = ц = ц, где ц кмоль, h - энтальпия в расчете на 1 кмоль.
Для идеального газа
тш
т
out
Предполагая постоянство теплоемкости, получим
Ап — ^out — ср (Ть ~~ Тоы) ,
w = хср (71п - гош);
w = |ІС7)/ІП Т'п т°ш = 1С^1Г1ЦСЖШ.
№
Приведенные выше соотношения напоминают соотношения, которые ра были получены для тепловых двигателей. Однако величина усрТ-т, хотя и им размерность энергии, не является количеством тепла, подводимым к устройс а это - энтальпш. газа на входе. При заданных условиях на входе и извест і : давлении на выходе вырабатываемая механическая энергия растет при сниже температуры на выходе. Минимально возможная температура на выходе оі ничивается вторым законом термодинамики, который требует, чтобы энтро выходящих газов была равна или больше, чем энтропия входящих газов. Ми
|
іьная температура на выходе реализуется, если турбина работает изоэнтро - »іно. т. е. энтропия газа в процессе расширения не изменяется. Отклонения изоэнтропийности связаны с потерями и соответственно с выделением тепла, везет к повышению температуры на выходе. |
|
Изоэнтропийные процессы "Vouecc в турбине, протекающий без изменения энтропии газа, называется изоэн - тропийным. .1 і первого закона термодинамики |
|
dQ = dU + pdV, |
|
(7) |
|
я из второго закона термодинамики |
|
dQ = TdS, TdS = 6U = pdV. |
|
(8) (9) |
|
(10) |
|
Ш) |
|
(12) |
|
Ho сІЯ = cpdTи V/T = R/p, следовательно |
|
(13) |
|
" ели процесс является изоэнтропийным, то 65 = 0 и |
|
(14) |
|
(15) |
|
1-ї Тр у = const. |
|
(16) |
|
(17) |
|
И окончательно из уравнения идеального газа pVy = const. |
|
(IB) |
|
Таким образом, подтропический закон, выведенный для случая адиабатического сжатия (см. гл. 2), применим для любого изоэнтропийного процесса |
Чему равна температура газа на выходе из изоэнтропийной турбины? Используя политроппческий закон, получим
|
(2СІ |
Применяя уравнение идеального газа, легко получить соотношения:
out. min’
|
y-1 |
(21
Энергия, вырабатываемая изоэтропийной турбиной,
Турбина может рассматриваться как адиабатическая в том смысле, что п текающий через нее газ не обменивается теплом с окружающей средой. Одг ко такой процесс может быть связан с внутренними потерями, приводящим к повышению температуры газа на выходе. Она оказывается выше, чем д расчет по соотношению (21).
Изоэнтропийная эффективность турбины определяется как отношение ально выполненной работы к работе, которая могла бы быть получена в изо тропийном процессе.
