Необоротність процесів

Необоротність процесів у випарнику та конденсаторі ПКТНУ наочно ілюструється незбігом ліній охолодження теплоносія й випаровування РТ у випарнику (рис.9.7,а) з лініями нагрівання теплоносія та конденсації РТ в конденсаторі (рис.9.7,б)

Чим більше ці процеси відрізняються один від одного, тим більше зовнішня необоротність ТНУ.

Для її (необоротності)опису користуються поняттям водяного еквівалента.Якщо тіло не змінює свого агрегатного стану, то під ВЕ розуміють добуток ізобарної теплоємності тіла на його витрату G,тобто

Якщо ж тіло змінює свій агрегатний стан, то ВЕ – добуток прихованої теплоти пароутворення на витрату РТ:

Розглянемо ТНУ типу «вода-вода»

Маючи на увазі, що у випарнику теплоносій (вода) не змінює свого агрегатного стану, а робоче тіло з рідкого стану проходить у пароподібний, їх ВЕ:

(9.29)

(9.30)

У процесі теплопередачі (від теплоносія до РТ) виконується умова ,то

,

звідки (9.31)

Рівняння (9.31) є умовою еквівалентності процесів охолодження теплоносія, що надходить до випарника (від тепловіддавача), та випаровування робочого тіла ТНУ.

Якщо температурний напір між теплоносієм та РТ звідти до нуля,то необоротність процесу у випарнику буде виключена. Проте у випарнику, навіть за існування згаданого температурного напору, будуть потрібні великі питомі витрати теплоносія з незначним використанням його енергії, що призведе до великих втрат зовнішньої роботи на його прокачування та зниження ефективності ТНУ.

З цієї причини умова (9.31) завжди порушується і чим більше , тим глибше використовується теплота теплоносія й тим менше є витрати зовнішньої роботи на його прокачування, але тим більша необоротність поцесу у випарнику.

За заданих витраті теплоносія ,його початковій температурі , та прихованій

теплоті фазового переходу РТ , кінцева температура теплоносія визначається виразом

(9.32)

Тоді згідно з , формула для визначення середньо термодинамічної температури теплоносія при його нагріванні набуде вигляду:

(9.33)

Усе сказане про випарник, однаково стосується й конденсатора.Отже,

(9.34)

де

- питома витрата теплоносія тепловіддавача;

- його масова теплоємність

Таким чином, досягнення мінімальної необоротності процесу передавання теплоти є оптимізаційною задачею і під час її розв’зання виходять з умови отримання max значення коефіцієнта .

Проведений аналіз показує, що необоротність процесів у випарнику та конденсаторі залежить від випаровування та конденсації, а також неізотермічності процесів охолодження та нагрівання теплоносії.

Наближення процесів один до одного може досягатися тільки зміною процесів охолодження та нагрівання теплоносіїв, оскільки температури випаровування РТ ПКТНУ завжди залишаються сталими.

Разом з тим, необоротність процесів В і К могла б бути істотно зменшеною, якби температура РТ в процесах випаровування та конденсації змінювалася. Цього можна досягти, якщо ці процеси проводити не в паровому об’ємі, а в потоці газу, який не сконденсувався.

Принцип роботи ТНУ, що реалізує неізотермічні процеси випаровування та конденсації РТ, ілюструє її теплова схема, зображена на рис.9.8. (Далі цю ТНУ називатимемо турбокомпресорною).

Під час роботи ТКТНУ газове робоче тіло низького тиску надходить до випарника, куди з іншого, протитечійного, напрямку подається рідкий теплоносій, попередньо нагрітий, завдяки теплоті тепловіддавача.

Складається установка з випарника 1, розташованих на одному валу компресора 2, турбіни 3 та ел. двигуна 4; конденсатора 5 і регулювального бака 6.

Газове РТ низького тиску надходить у випарник 1, куди з іншого боку в протитечійному напрямку подається рідкий теплоносій, попередньо нагрітий, завдяки теплоті тепловіддавача.

При русі у зустрічних напрямках рідкої та газоподібної фаз виконується зволоження газового РТ внаслідок випаровування й охолодження рідкого теплоносія.

Охолоджений рідкий теплоносій до температури мокрого термометра спрямовується до тепловіддавача для нагрівання, а ПГС з випарника 1 прямує в компресор 2, що приводиться в обертання турбіною 3 та електродвигуном 4, де стискається, її (суміші) потенціал і температура конденсації підвищуються. Далі ПГС надходить в конденсатор, куди з іншого боку у проти плинному напрямку подається охолоджений рідкий теплоносій від теплоприймача.

При їх контакті відбувається конденсація пари з ПГС, внаслідок чого газове РТ висушується, а рідкий теплоносій – нагрівається.

Висушене таким чином РТ надходить в турбіну 3 і після розширення надходить у випарник 1, а нагрітий теплоносій передається споживачеві.

Процеси випаровування та конденсації проходять при змінному парціальному тиску пари по довжині випарника та конденсатора внаслідок чого температури в цих змінні. Приблизну зміну температур теплоносіїв відносно температур робочого тіла у випарнику та конденсаторі ТКТНУ – на рисунку.

Випарник 1 разом з тепловіддавачем утворює контур тепловіддавача, а контур 5 разом з теплоприймачем – контур теплоприймача. (Щоб не було оголошення одного контуру та переповнення іншого, обидва вони сполучені між собою через регулювальний бак 6). Чому? – бо в процесі роботи ТНУ рідкий теплоносій фази переноситься газовим потоком РТ з контуру тепловіддавача у контур теплоприймача.

ТКНУ містить робоче газове тіло, тому вона нескінченна до повітряної ТНУ; але вона має й рідке РТ, що зазнає фазових перетворень, тому вона нескінченна й до парової ТНУ.

Проте за характером процесів, d тут відображається, є принципові відмінності.

Порівняно з повітряною ТНУ відмінність полягає в тому, що кількість відібраної теплоти у тепловіддавача та переданої теплоприймачеві визначається не температурою газу РТ у точках відбору та передачі Q, а його тиском.

Завдяки цій особливості газ РТ використовується не стільки для передачі теплоти зміною власного потенціалу, а в основному, як середовища для генерації пари з рідкого теплоносія та перенесення його теплоти.

Порівняно з ПКТНУ випаровування та конденсація РТ відбувається в потоці РТ, що не сконденсувалося, завдяки цьому ці процеси вдається виконати неізотермічними та зменшити їх необоротність.

Крім того, рідкий теплоносій виходить з випарника при температурі мокрого термометра, яка набагато нижча від .

Ця особливість за інших однакових умов дає змогу дістати більш глибоке охолодження рідкого теплоносія, а отже, використати тепловіддавач з більш низькою температурою.

Варто згадати і про такий важливий факт, що парціальний тиск пари в потоці зростає з наближенням потоку до виходу з випарника, а на його виході він дорівнює тиску насичення за температури рідкого теплоносія, що надходить від тепловіддавача. Ця особливість істотно знижує необхідне стиснення паро газового потоку в компресорі, що зменшує витрати на його привід. Важливою відмінністю турбокомпресорної ТНУ від парокомпресорної є те, що вона не містить дроселя, а тому позбавлена внутрішньої необоротності від дроселювання РТ.

Порівняємо ефективність ПК та ТК ТНУ за ексергетичним ККД.

Згідно з

Для визначення ексергетичного ККД ПК ТНУ можна записати у вигляді:

(9.35)

Об’єднуємо питомі витрати ексергії в компресорі та його приводі, позначивши їх

і записавши:

(9.36)

З урахуванням формул набуває вигляду

(9.37)

Для спрощення аналізу припустимо, що витрати питомої ексергії в охолоднику конденсату ПК ТНУ відсутні, тобто , а температурний напір в кінці процесу конденсації РТ дорівнює нулю, тобто (ідеальний процес)

За цих умов витрати питомої ексергії в конденсаторі

(9.38)

Поиск по сайту: