T 2. p 1. Parní oběhy. Úvod - Carnotův cyklus

Podobné dokumenty
FYZIKA 2. ROČNÍK ( ) V 1 = V 2 =V, T 1 = T 2, Q 1 =Q 2 c 1 = 139 J kg 1 K 1-3. Řešení: m c T = m c T 2,2

1/66 Základy tepelných čerpadel

2.6.5 Výměny tepla při změnách skupenství

2.6.5 Výměny tepla při změnách skupenství

2.6.5 Výměny tepla při změnách skupenství

Zákony bilance. Bilance hmotnosti Bilance hybnosti Bilance momentu hybnosti Bilance mechanické energie

1/65 Základy tepelných čerpadel

2.6.4 Kapalnění, sublimace, desublimace

Termomechanika 2. přednáška Ing. Michal HOZNEDL, Ph.D.

Kinematika hmotného bodu

1/77 Navrhování tepelných čerpadel

Zpracování teorie 2010/ /12

Výroba a užití elektrické energie

( ) ( ) NÁVRH CHLADIČE VENKOVNÍHO VZDUCHU. Vladimír Zmrhal. ČVUT v Praze, Fakulta strojní, Ústav techniky prostředí Vladimir.Zmrhal@fs.cvut.

Rovnoměrně zrychlený pohyb v grafech

Fyzikální korespondenční seminář MFF UK

Katedra obecné elektrotechniky Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB - TU Ostrava 4. TROJFÁZOVÉ OBVODY

Stýskala, L e k c e z e l e k t r o t e c h n i k y. Vítězslav Stýskala TÉMA 6. Oddíl 1-2. Sylabus k tématu

3. ZDROJE TEPLA A TEPELNÁ BILANCE

TECHNICKÝ LIST 1) Výrobek: KLIMATIZACE BEZ VENKOVNÍ JEDNOTKY 2) Typ: IVAR.2.0 8HP IVAR HPIN IVAR HPIN IVAR.2.

5. Využití elektroanalogie při analýze a modelování dynamických vlastností mechanických soustav

Stavové veličiny vodní páry Zhotoveno ve školním roce: 2011/2012 Jméno zhotovitele: Ing. Iva Procházková

2.2.2 Měrná tepelná kapacita

4. Střední radiační teplota; poměr osálání,

Termodynamika pro +EE1 a PEE

2.1.4 Výpočet tepla a zákon zachování energie (kalorimetrická rovnice)

Úloha II.E... je mi to šumák

K (-) koeficient překrytí K=1 pro kusovou a malosériovou výrobu K=0.8 pro velkosériovou a hromadnou výrobu

Blokové schéma Clausius-Rankinova (C-R) cyklu s přihříváním páry je na obrázku.

tečné napětí (τ), které je podle Newtona úměrné gradientu rychlosti, tj. poměrnému

Úloha V.E... Vypař se!

Malé písemné práce II. 8. třída Tři malé opakovací písemné práce

Termomechanika. Doc. Dr. RNDr. Miroslav HOLEČEK

Rovnoměrně zrychlený pohyb v grafech

STATICKÉ A DYNAMICKÉ VLASTNOSTI ZAŘÍZENÍ

Termomechanika 4. přednáška

ROTORŮ TURBOSOUSTROJÍ

Jednotlivým bodům (n,2,a,e,k) z blokového schématu odpovídají body na T-s a h-s diagramu:

CÍL V této kapitole se seznámíte s čerpadly, s jejich účelem, principem činnosti, se základy jejich konstrukce, výpočtu a regulace.

PROCESY V TECHNICE BUDOV 9

Pasivní tvarovací obvody RC

Svaz chladící a klimatizační techniky ve spolupráci s firmou Schiessl, s.r.o. Pro certifikaci dle Nařízení 303/2008/EK Ing.

TECHNICKÝ LIST 1) Výrobek: KLIMATIZACE BEZ VENKOVNÍ JEDNOTKY 2) Typ: IVAR.2.0 8HP IVAR HPIN IVAR HPIN IVAR.2.

Technický list. Trubky z polypropylenu EKOPLASTIK PPR PN10 EKOPLASTIK PPR PN16 EKOPLASTIK EVO EKOPLASTIK PPR PN20 EKOPLASTIK FIBER BASALT CLIMA

Řešení příkladů na rovnoměrně zrychlený pohyb I

Příklad 1: Bilance turbíny. Řešení:

Projekt realizovaný na SPŠ Nové Město nad Metují. s finanční podporou v Operačním programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost Královéhradeckého kraje

Příklad 1: Řešení: Označení veličin: = p0. Ozn.: 0. 1 h 2. Tlak v hloubce h: Hmotnost vzduchu ve zvonu: Odtud:

Termomechanika 3. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav HOLEČEK

Projekční podklady Vybrané technické parametry

ZPŮSOBY MODELOVÁNÍ ELASTOMEROVÝCH LOŽISEK

Projekt realizovaný na SPŠ Nové Město nad Metují. s finanční podporou v Operačním programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost Královéhradeckého kraje

EKONOMICKÁ ANALÝZA OBRÁBĚCÍHO PROCESU

Blokové schéma Clausius-Rankinova (C-R) cyklu s přihříváním páry je na obrázku.

Návod k obsluze. Vnitřní jednotka pro systém tepelných čerpadel vzduch-voda s příslušenstvím EKHBRD011ABV1 EKHBRD014ABV1 EKHBRD016ABV1

min 4 body Podobně pro závislost rychlosti na uražené dráze dostáváme tabulku

Vytápění místností a návrh otopných ploch, výpočet tepelných bilancí

Mechanická silová pole

NA POMOC FO KATEGORIE E,F

IMPULSNÍ A PŘECHODOVÁ CHARAKTERISTIKA,

Klíčová slova: Astabilní obvod, operační zesilovač, rychlost přeběhu, korekce dynamické chyby komparátoru

10 Lineární elasticita

ZÁKLADY ELEKTRICKÝCH POHONŮ (EP) Určeno pro posluchače bakalářských studijních programů FS

Cvičení z termomechaniky Cvičení 7.

KINETICKÁ TEORIE PLYNŮ

Ideální plyn. Stavová rovnice Děje v ideálním plynu Práce plynu, Kruhový děj, Tepelné motory

ANALÝZA SPOTŘEBY ENERGIE VÍCEZÓNOVÝCH KLIMATIZAČNÍCH SYSTÉMŮ

1.8.9 Bernoulliho rovnice

FYZIKA I. Pohyb těles po podložce

= 0 C. Led nejdříve roztaje při spotřebě skupenského tepla Lt

( l) ( l) přičemž standardní chemický potenciál rozpouštědla je totožný s chemickým potenciálem čistého rozpouštědla při standardním tlaku.

1.5.3 Výkon, účinnost

Fyzika (učitelství) Zkouška - teoretická fyzika. Čas k řešení je 120 minut (6 minut na úlohu): snažte se nejprve rychle vyřešit ty nejsnazší úlohy,

Plynové turbíny. Nevýhody plynových turbín: - menší mezní výkony ve srovnání s parní turbínou - vyšší nároky na palivo - kvalitnější materiály

Výpočty teplotní bilance a chlazení na výkonových spínacích prvcích

TERMOFYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI VYBRANÝCH LÁTEK (doporučeno pro výuku předmětu Procesní inženýrství studijního programu Procesní inženýrství )

Úloha IV.E... už to bublá!

Termodynamika par. Rovnovážný diagram látky 1 pevná fáze, 2 kapalná fáze, 3 plynná fáze

Lineární rovnice prvního řádu. Máme řešit nehomogenní lineární diferenciální rovnici prvního řádu. Funkce h(t) = 2

Kmitání tělesa s danou budicí frekvencí

transformace Idea afinního prostoru Definice afinního prostoru velké a stejně orientované.

Popis regulátoru pro řízení směšovacích ventilů a TUV

Projekt Odyssea,

Sbírka B - Př

Metodika zpracování finanční analýzy a Finanční udržitelnost projektů

Laboratorní práce č. 1: Pozorování tepelné výměny

Termomechanika 8. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

5 GRAFIKON VLAKOVÉ DOPRAVY

Elektrický náboj, elektrické pole (Učebnice strana )

9 Viskoelastické modely

Ploché výrobky válcované za tepla z ocelí s vyšší mezí kluzu pro tváření za studena

Cvičení z termomechaniky Cvičení 7 Seminář z termomechaniky

REV23.03RF REV-R.03/1

1.3.4 Rovnoměrně zrychlený pohyb po kružnici

Vytápění místností a návrh otopných ploch, výpočet tepelných bilancí

1/82 Navrhování a bilancování tepelných čerpadel

Parní turbíny Rovnotlaký stupeň

Kombinovaná výroba elektřiny a tepla

1/91 Navrhování a bilancování tepelných čerpadel

Transkript:

1 Úod - Carnoů cyklus Parní oběhy Carnoů cyklus není ypickým parním oběhem, ale jím sanoené základy jsou hodné pro přiblížení složiějších cyklů. Základní oázka Carnooa cyklu: Jakým způsobem může písoý epelný sroj periodicky pracující mezi děma epelnými lázněmi (ohříací a chladicí) získa maximální práci z epla přiedeného praconí láce? Vznikl z. Carnoů raný cyklus skládající se ze čyř po sobě následujících změn, o izoermické a adiabaické expanze, izoermické a adiabaické komprese. Podmínky ranosi Carnooa cyklu: 1. Praconí láka je e sálé ermodynamické ronoáze s okolím.. Při sdílení epla s lázněmi se nemění eploa lázní. 3. V cyklu nedochází k epelným nebo mechanickým zráám. Podmínky ranosi Carnooa cyklu nelze splni a praxi se jim můžeme jen přiblíži. Proo použíáme Carnoů cyklus jako kriérium pro hodnocení skuečných cyklů. Schéma Carnooa cyklu a jeho znázornění p- i -s diagramu je na obr. -0. p 1 1, 1 1, p p 1 1 4 3,4 1 3 p 4 4 3 3,4 p 3 1 4 3 s 1 s s ohříací lázeň I. III. II. chladicí lázeň Obr. -0. Carnoů cyklus p- a -s diagramu srana 1

Průběh Carnooa cyklu: a) Při izoermické expanzi 1- je álec s písem e syku s lázní I, ze keré přijímá eplo 1, za konsanní eploy 1. Pro přiedené eplo izoermické expanzi plaí z ronic.59 a.6: = a = r = ( s ) [ J kg ] 1. 1. 1 ln 1 s1 1 b) Při adiabaické expanzi -3 je dno álce e syku s epelně izoloanou rsou III. Pro adiabaickou expanzi plaí (.63a):,3 = 0 [ J kg ] c) V izoermické kompresi 3-4 je álec e syku s lázní II, keré předáá eplo 3,4 při konsanní eploě. Pro odedené eplo plaí: 3 = a = r = ( s ) [ J kg ] 3.4 3.4 ln s1 4 d) Cyklus se uzaírá adiabaickou kompresí 4-1, při keré je dno álce opě epelně izoloané rsou III. Pro adiabaickou kompresi plaí: 4,1 = 0 [ J kg ] Pro cykly jsou charakerisické následující eličiny: a) Kompresní poměr, j. poměr maximálního a minimálního měrného objemu: max 3 ε = =. [ ] min 1 (.95) Veličina má ýznam zejména u písoých srojů, e kerých je dána poměrem objemu álce dolní úrai písu a objemu álce horní úrai písu. b) eploní poměr je poměr maximální eploy a minimální eploy cyklu: max 1 τ = =. [ ] min ermická účinnos Carnooa cyklu (yjádřenou jen pomocí eplo): η = 1 [ ] 1 (.96) (.98) Ze zahu.98 yplýá, že účinnos Carnooa cyklu záisí pouze na absoluních eploách a nezáisí na druhu praconí láky ani konsrukci sroje. Účinnos raného Carnooa cyklu je maximálně dosažielná účinnos cyklu. Účinnos Carnooa cyklu je ím ěší, čím menší je poměr. edy aby sroj měl nějakou účinnos a mohl ůbec pracoa, musí mí možnos yuží eploního spádu. eplo edy musí bý 1 srana

3 přiáděné při eploě yšší, než při keré je odáděné. Z ohoo záěru yplýá jedna z formulací II. ermodynamického zákona, z. Carnoů princip: Žádný epelný sroj nemůže kona periodicky práci bez rozdílu eplo. Poronáací oběh Clausiů Rankinů Oběh Clausiů Rankinů* je základním parním oběhem se kerým pracují nejen parní kondenzační elekrárny, ale i jaderné elekrárny s plynem chlazenými reakory. Zjednodušené schéma zařízení oběhu je na obr. 4-14. Obr. 4-14. Zjednodušené schéma zařízení parního oběhu Cyklus se skládá z: zdroje epla Z (parního kole, parního generáoru) - skládá se z ekonomizéru E + ýparníku V, napájecího čerpadla NČ přehříáku P sousrojí parní urbíny + elekrický generáor G kondenzáoru K Princip cyklu: Do zdroje epla Z cyklu je napájecím čerpadlem NČ čerpána oda, kerá se nejpre ohříá ekonomizéru E, pak se ypařuje e ýparníku V a nakonec se odděleně (mimo E, V) přehříá přehříáku P. Přehřáá pára se ede do parní urbíny, kde expanzuje a koná práci. urbina pohání elekrický generáor G. Z parní urbíny proudí pára o nízkém laku do kondenzáoru K, což je porchoý ýměník chlazený odou proudící rubkách. Vně rubek pára kondenzuje a zniklý kondenzá je opě dopraoán NČ do zdroje epla Z. srana 3

4 V cyklu předpokládáme, že: komprese ody napájecím čerpadle a expanze páry urbíně probíhají adiabaicky, příod epla e zdroji je izobarický při laku p a odod epla u kondenzáoru je při konsanním laku p 1. Obr. 4-15. Clausiů-Rankinů oběh s diagramu Oběh se edy sesáá: ze dou izobar a dou adiabá, keré šak probíhají oblasech ody, mokré páry a přehřáé páry. (Křika,,, 3 značí izobaru p, na keré se přiádí měrné eplo, 3 a přímka 4, 1 pak izobaru p 1, na keré se odádí měrné eplo 4, 1 ). 1 - : adiabaická komprese (NČ) 1, = 0 [ kg ] - 3: izobarický příod epla (E, V, P),3 = i 3 i [ kg ] 3-4: adiabaická expanze () 3,4 = 0 [ kg ] 4-1: izobaricko izoermický odod epla (K) 4,1 = i 4 i 1 [ kg ] Měrnou práci, kerou uskuečněním oběhu získáme ypočeme z ronice: a = = i i ( i i ) = i i ( i ) [ kg ],3 4,1 3 4 1 3 4 i1 J (4.45) J (4.46) J (4.47) J (4.48) J (4.49) Rozdíl enalpií i 3 i 4 yjadřuje měrnou echnickou práci, kerou ykoná urbína srana 4

5 Rozdíl i i 1 měrnou echnickou práci, kerou spořebuje napájecí čerpadlo. Měrná práce ykonaná oběhem je diagramu s daná yšrafoanou plochou 1,,,, 3, 4, 1. epelná účinnos oběhu je pak: i,3 4,1 4,1 4 1 η = = 1 = 1 [ ],3,3 i3 i i (4.51) K ýpočům měrné práce a epelné účinnosi parních oběhů se použíají parní abulky nebo i s diagram. Průběh rané adiabaické expanze 3 4 předpokládá, že urbíně nedochází ke zráám. Ve skuečnosi dochází liem ření, íření praconí láky a niřními neěsnosmi ke zráám, keré yjadřujeme ermodynamickou účinnosí expanze η, ysělenou předchozí přednášce. ermodynamická účinnos nesmí bý zaměňoána s epelnou účinnosí oběhu η. Pro ýkon urbíny plaí: kde [ kg s ] = m ( i3 i4 ) η e [ ] P τ, m τ je hmonosní ok páry urbínou., e W, (4.5) Clausiů Rankinů oběh má mezi sejnými krajními eploami menší účinnos, než oběh Carnoů. epelnou účinnos základního jednoduchého oběhu můžeme zlepšoa yužiím z. karnoizačních úpra. Mezi hlaní úpray paří regenerační ohře napájecí ody ekonomizéru a mezipřihříání páry. Princip regeneračního ohřeu spočíá e yužií čási páry odebrané z urbíny k ohřeu napájecí ody. Princip mezipřihříání páry spočíá příodu epla expandující páře mezi děma ělesy urbíny. ouo úpraou se roněž zyšuje celkoá epelná účinnos. Půodní izobarický příod epla se přibližuje izoermickému příodu. srana 5

6 Oběh kompresoroého chladicího zařízení Příklad leoočiého cyklu Chlazení láek je založené na II. zákonu ermodynamiky, podle kerého eplo může samoolně přecháze z yšší eploní hladiny na nižší. Chceme-li nějakou láku chladi, musíme ji zapoji do ermodynamického procesu, k jehož realizaci je řeba doda eplo. Zdrojem ohoo epla je láka, kerou chceme chladi. Jednoduché ermodynamické děje k jejichž realizaci je řeba doda eplo jsou změny skupensí. Nejýhodnější změnou skupensí se pro účely chlazení jeí ypařoání láky, proože ýparné eplo je ýrazně ěší než skupenské eplo ání. Má-li se ke chlazení při nízkých eploách yuží ýparného epla nějaké láky (chladia), musí mí ao láka bod aru při požadoaných nízkých eploách. Např. eploy aru 10 C se dosahuje u čpaku při laku 0,3 MPa, při laku 0,1 MPa je eploa aru 33,3 C. Schéma oběhu kompresoroého chladicího zařízení: Zařízení se skládá: z ýparníku V, kompresoru K, kondenzáoru C a redukčního enilu RV Princip: Kompresor K nasáá páry chladia o laku p 1 a eploě 1 a slačuje je na lak p a eplou. V kondenzáoru C se parám odádí při sálém laku p měrné eplo, 3, ak, že se ochladí. Z kondenzáoru ysupuje syá kapalina o eploě 3. Syá kapalina se přiádí do redukčního enilu RV, kde se škrí opě na lak p 1 a eplou 1. Vznikne mokrá pára, kerá se přiádí do ýparníku V. Ve ýparníku se odebírá při sálém laku p 1 chlazené láce měrné eplo 4, 1, keré se předáá mokré páře, ao se ysušuje, akže na ýsupu z ýparníku je pára syá. uo opě nasáá kompresor K a cyklus se opakuje. srana 6

7 Obr. 4 16. Schéma oběhu kompresoroého chladicího zařízení Cyklus je leoočiý, práci musíme kompresoru dodáa. Předpokládáme-li, že kompresor pracuje adiabaicky raně, pak oběh se sáá ze dou izobar, izoenropy a adiabaického škrcení (obr. 4-17). Obr. 4 17. Znázornění oběhu kompresoroého chladicího zařízení s diagramu Ve skuečných cyklech může bý syá kapalina odáděná z kondenzáoru, podchlazoána a pára odcházející z ýparníku může bý mokrá nebo přehřáá. Princip zařízení se ím nemění. 1 : izoenropická komprese (K) 1, = 0 [ kg ] 3: izobarický odod epla (C) 3 4: škrcení (RV),3 i i3 3 i 4 = [ kg ] i = [ kg ] 4 1: izoermicko izobarický příod epla (V) 4,1 i1 i4 = i1 i3 = [ kg ] J (4.53) J (4.54) J (4.55) J (4.56) srana 7

8 Měrná echnická práce kompresoru je: a 1, i i1 = [ kg ] J (4.57) Měrné přiedené eplo 4, 1 keré se odebere chlazené láce e ýparníku je dáno obr. 4-17 plochou a, 1, 4, b, a. Měrné eplo odedené z kondenzáoru,3 můžeme s pomocí ronic 4.54 až 4.57 yjádři zahem: = + = + = [ kg ],3 i i3 i i1 i1 i3 a 1, 4,1 J (4.58) Chladící oběh je charakerizoán eoreickou hmonosní chladiosí, kerá je rona měrnému eplu 4, 1 odedenému chlazené láce, a edy přiedenému do oběhu e ýparníku. Zaádí se z. chladící fakor ε ch : pro chladící zařízení i i 4,1 1 4 ε ch = = [ ] a1, i i1 (4.59) Popsaného oběhu kompresoroého chladícího zařízení může bý yužio pro přečerpáání epla. Celý oběh je sejný jako u chladících zařízení, je šak položen do oblasi yšších eplo. Nízkoeploním zdrojům můžeme odebíra eplo e ýparníku uedeného oběhu. Praconí láka oběhu se pak komprimuje, čímž se její eploa zýší, akže na kondenzáoru lze odádě eplo při yšší eploě, kerá je již hodná např. pro yápění. ako pracující epelná čerpadla a jejich činnos je charakerizoána z. opným fakorem ε : i i,3 3 ε = = [ ] a i 1, i1 (4.60) srana 8

9 Princip absorpčního epelného čerpadla Principem je pohlcoání par chladia jinou lákou z. absorbenem, ze kerého za yššího laku přiáděním epla se chladio opě ypuzuje. Nejpoužíanějšími praconími dojicemi chladia a absorbenu jsou čpaek/oda a oda/bromid lihný (LiBr). Cyklus se skládá z: ýparníku S, absorberu A, čerpadla Č, arníku V, redukční enil RV, kondenzáoru C, škrící enil RV Princip cyklu: Pro chod cyklu je pořeba dodáa eplo Q a Q 0 a elekrickou energii N č. Pro odpařoání chladia na počáku cyklu je epelný ok Q 0 přiáděn do ýparníku S. Odpařené chladio o počáečním laku p 0 přechází do absorberu A, kde je absorboáno podle sysému absorbenem. Aby oda byla schopna absorboa páry chladia musí mí eplou ěsně pod mezí syosi (pod bodem aru), proo se z absorberu A odádí eplo Q a. Důsledkem absorpce je z. bohaý rozok, kerý se čerpadlem Č o příkonu N č doprauje do arníku V za současného zýšení laku na p k. Do arníku přiedeme epelný ok Q, kerým je bohaý rozok ueden do aru. Chudý rozok se rací přes redukční enil RV 1 zpě do absorberu A., Chladio se z rozoku yloučí - Vyloučené páry chladia se odádí do kondenzáoru C, kde odedením epla Q k zkapalní a přes škrící enil RV odede zpě do ýparníku S. V C p Q Q k p k N RV 1 RV RV RV 1 A S Q 0 p 0 Q a bohaý rozok chudý rozok kapalné chladio páry chladia Jednosupňoé absorpční epelné čerpadlo srana 9

10 Elekrický příkon čerpadla je proi příkonu kompresoru u kompresoroých Č nižší a obykle nepřesahuje 0,03 Q. opný fakor absorpčních epelných čerpadel dosahuje hodno kolem 1,4 až 1,5, což je minimálně dakrá nižší než u kompresoroých. Je nuné si šak uědomi, že pro kompresoroá Č musíme dodáa elekrickou energii, edy energii nejčisší formě proi omu pro absorpční Č sačí odpadní eplo (Q + Q 0 ) s yšším poenciálem pro arník. Podle kombinace absorbenu a chladia je ěšinou pořeba eploa media přenášejícího epelný ok Q nad 100 C. V každém případě energie s nepoměrně rozdílnými náklady. Pro zjednodušenou předsau o poměrech mezi jednoliými epelnými oky je možné ycháze z zahu pro opný fakor ε a celkoé epelné ronoáhy okruhu. Q a + Q ε = Q k 0 + Q + Nč = Qa + Qk ; Nč = & 0 Q0 Q + Q = Q + Q Přibližně plaí, že Q = Q a a Q k = Q 0. Předpokládáme-li opný fakor konsanní 1,5 poom množsí odpadního epla resp. yrobeného chladu Q 0 = 0,5 Q. Zdrojem odpadního epla pro absorpční epelné čerpadlo může bý například odpadní sředolaká pára. Časěji se yskyuje kombinaci s kogenerační jednokou. Další arianou je přímé ybaení Č plynoým hořákem dodáající přes ýměník eplo do arníku. a k srana 10