CHƯƠNG 5: CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ THIẾT BỊ NHIỆT pot

CHƯƠNG 5CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ THIẾT BỊ NHIỆT 5.1.. - Theo loại nhiên liệu: xăng và diezen- Theo cách cháy nhiên liệu: cháy cưỡng bức buzi, động cơ tựcháy - Theo hành trình làm

CHƯƠNG 5

CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ THIẾT BỊ NHIỆT 5.1 CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG 5.1.1 Chu trình động cơ đốt trong

Xy lanh

Piston

- Theo loại nhiên liệu: xăng và diezen

- Theo cách cháy nhiên liệu: cháy cưỡng bức (buzi), động cơ tựcháy

- Theo hành trình làm việc của piston: 2 kỳ, 4 kỳ

- Theo tính chất quá trình cháy: động cơ đốt trong cấp nhiệt đẳngtích, động cơ đốt trong cấp nhiệt đẳng áp, cấp nhiệt hỗn hợp

5.1.2 Phân loại

Các giả thiết

 Ta giả thiết có 1 kg chất môi giới là khí lý tưởng

 Quá trình nén và giãn nở là đoạn nhiệt thuận nghịch

 Ta lý tưởng hoá quá trình cháy của nhiên liệu thành quá trìnhcấp nhiệt

 Lý tưởng hoá quá trình thải sản phẩm cháy của nhiên liệu

thành quá trình thải nhiệt đẳng tích

Các đại lượng đặc trưng

2

v v

 

2

p p

 

2

v v

 

5.1.3 Chu trình động cơ đốt trong cấp nhiệt đẳng tích ( Chu trình Otto)

q 1

5.1.4 Động cơ cấp nhiệt đẳng áp ( Chu trình Diesel)

2 t

1

q 1

3 4

v 4 1 t

• Xác định hiệu suất nhiệt theo T1 và , , 

3 3

3 2' 1 2' 2'

5.1.6 So sánh hiệu suất nhiệt của chu trình động cơ đốt

trong (η ctp , η ct , η ctv )

a Khi có cùng tỉ số nén ε và nhiệt lượng q 1 cấp vào cho chu trình

ηctv > ηct > ηctp

b Khí có cùng áp suất và nhiệt độ lớn nhất, nhỏ nhất:

ηctp > ηct > ηctv

5.1.7 Chu trình tuabin khí

Tuabin khí có nhiều ưu điểm:

- Thiết bị gọn nhẹ, công suất lớn

- Không có cơ cấu biến chuyển động thẳng thànhchuyển động quay

- Số vòng quay đạt được lớn, momen quay đều và liêntục

- Điều khiển đơn giản

Nhưng việc sử dụng bị hạn chế là do chưa có được nhữngvật liệu làm việc liên tục ở nhiệt độ cao Khó khăn trong việcchế tạo được máy nén có công suất lớn, chỉ làm việc đượcvới nhiên liệu lỏng hoặc khí

Sơ đồ nguyên lý hoạt động :

4

5.1.8 Chu trình tuabin khí cấp nhiệt đẳng áp Brayton

1-2: quá trình nén đoạn nhiệt môi chất trong máy nén; q12 = 0;2-3: quá trình cấp nhiệt đẳng áp trong buồng đốt.

q1 = q23 = Cp.(T3 - T2)3-4: quá trình giãn nở đoạn nhiệt trong ống tăng tốc và trong tuabin; q43 = 0

4-1: quá trình thải nhiệt đẳng áp

q2 = q41 = Cp.(T1 – T4)

Các đại lượng đặc trưng của chu trình:

- Tỷ số tăng áp của quá trình nén: 2

1

p p

 

- Tỷ số giãn nở sớm (trong quá trình cấp nhiệt): 3

2

V V

 

Các quá trình:

 Hiệu suất chu trình thực

  

5.2.2 Chu trình Rankine

 Các biện pháp nâng cao hiệu suất của chu trình

1

2 c

max t

T

T 1

* Nâng cao nhiệt độ trung bình của quá trình cấp nhiệt T1tb

Chu trình Rankine có nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng từ t1

lên t10 khi áp suất hơi quá nhiệt p1 và áp suất cuối p2

không đổi Khi đó nhiệt độ trung bình T1tb của quá trình

cấp nhiệt 3451 tăng lên thì hiệu suất nhiệt ηt của chu

trình tăng lên.

5.3 Chu trình Rankine có quá nhiệt trung gian

5.3.1 Hệ thống thiết bị và chu trình

5.3.2 Công, nhiệt lượng, hiệu suất và suất tiêu hao hơi

Công của chu trình:

wo=( i1-ia) + (ib-i2) – (i3-i2’) ( i1-ia) + (ib-i2) vì coi i3=i2’

Nhiệt lượng cấp vào:

i i i i



  

5.4 Chu trình hồi nhiệt và chu trình trích hơi gia nhiệt nước cấp

5.4.1 Hệ thống thiết bị và chu trình:

Trong bình gia nhiệt 5b, lượng nhiệt do g2 kg hơi trích thải ra trong quá trình ngưng tụ phải vừa đủ để gia nhiệt (1-g1-g2) kg nước ngưng từ trạng thái 3 thành nước bão hòa 2’b, nghĩa là:

g2(i2b-i’2b) = (1-g1-g2)(i’2b-i3)

Trong bình gia nhiệt 5a, lượng nhiệt do g1 kg hơi trích thải ra trong quá trình ngưng tụ phải vừa đủ gia nhiệt (1-g1) kg nước từtrạng thái 3b thành nước bão hòa ở trạng thái 2’a

i i







5.4.2 Công, nhiệt lượng, hiệu suất và suất tiêu hao hơi

Công sinh ra trong các quá trình giãn nở đoạn nhiệt trong các cấp tuabin:

wo=1( i1-i2a) + (1-g1)(i2a-i2b) +(1-g1-g2)(i2b-i2)Nếu đặt g=1-g1-g2 ta được: wo = i1 – i2ag1 –i2bg2 –i2g

Công dùng để bơm thường rất nhỏ nhưng có thể tính:

wp = (1-g1-g2)(i3-i2’)+(1-g1)(i3b-i2’b) + 1.(i3a –i2’a)Nhiệt lượng cấp vào: q1=(i1-i3)i1-i’2a

Nhiệt lượng thải ra: q2= (1-g1-g2)(i2-i’2)

o 1 2a 1 2b 2 2 T

1 Có thể nâng cao hiệu suất nhiệt của chu trình, áp suất đầu càng cao, số lần gia nhiệt càng nhiều thì hiệu quả càng cao, nhưng thiết bị phức tạp hơn nên thường chọn 3 đến 5 lần, hiện đại có thể đến 10 lần.

2 Giảm được kích thước của tuabin ở các tầng cánh cuối vì lượng hơi nước đi qua giảm

3 Có thể giảm hoặc bỏ hẳn bộ hâm nước

5.5 Nhà máy điện dùng chu trình kết hợp Tuabin khí - hơi

5.5.1 Sơ đồ thiết bị và nguyên lý hoạt động

Hệ thống thiết bị bao gồm: thiết bị sinh hơi 1 (buồng đốt); tuabin hơi nước 2; bình ngưng hơi 3; bơm nước cấp 4; bộ hâm nước 5; tuốc bin khí 6; máy nén không khí 7

5.5.2 Tính nhiệt, công và hiệu suất của chu trình

Ta tính ứng với 1 kg hơi nước Để lượng nhiệt thải ra của tuabin khí đủ gia nhiệt nước cấp đến trạng thái 4, khi dùng 1 kg hơi nước cần dùng m kg sản phẩm cháy tính theo phương trình cân bằng nhiệt:

Nhiệt lượng thải ra là của quá trình 22’: q2 = i2 – i2’

Nhiệt lượng do quá trình d-a thải ra cung cấp để hâm nước theo quá trình 34 nên không tính vào nhiệt lượng trao đổi với nguồn

Công của chu trình có thể vẫn tính theo:

Nhưng để rõ thêm ý nghĩa vật lý, ta tính theo công thức của từng chu trình ứng với 1 kg hơi nước:

wo = [(i1 – i2) +m(ic – id)]-[( i4 – i3)+m(ib –ia)]

Hiệu suất nhiệt của chu trình kết hợp là:

5.6 Máy lạnh và bơm nhiệt

]kgkJ

[w

]kgkJ

[

q]

kW[

N

]kW[

[ w

] kg kJ

[

q ]

kW [

N

] kW [

* Như ở trên đã giới thiệu: để nhận được lạnh theo phương pháp nhân tạo từ xưa tới nay có rất nhiều cách Riêng thiết bị làm lạnh có rất nhiều loại:

Thiết bị lạnh dùng máy nén (hơi và khí ), thiết bị lạnh kiểu hấp thụ, máy lạnh kiểu phun (ejecto), thiết bị lạnh kiểu nhiệt điện * * Thiết bị lạnh nén hơi chiếm 90% đến 95% tổng số thiết bị lạnh.

- Ứng dụng thuận lợi vào mọi trường hợp có nhu cầu về lạnh

- Tổ hợp máy nén động cơ gọn nhẹ đơn giản

- Khoảng nhiệt độ và công suất lạnh gần như không giới hạn, đáp ứng mọi nhu cầu khác nhau.

- Thiết bị làm việc với độ an toàn, tin cậy cao, có khả năng tự động hoá cao v.v

* Để đánh giá hiệu quả của một chu trình ngược chiều người ta dùng hệ số làm lạnh  Chu trình ngược chiều Carnot là chu trình có hệ số làm lạnh cao nhất so với các chu trình khác có cùng nhiệt độ nguồn nóng và

nguồn lạnh

- Với chu trình Carnot ta có hệ số làm lạnh:

2 1

2 C

T T

0 k

0 C

T T

T







Hiệu suất execgi:

0

0 k

T

T 

5.6.2 Chu trình làm lạnh khô:

MN NT

BH TL

a Sơ đồ thiết bị:

4' 4

K

Chu trình làm lạnh khô

2’

2

Chu trình khô gồm các quá trình sau:

2'-3: Quá trình ngưng hơi đẳng áp, đẳng nhiệt trong bình

ngưng hơi nhả nhiệt cho môi trường không khí hoặc nước làm mát.

4-1: Quá trình hoá hơi đẳng áp, đẳng nhiệt nhận nhiệt của vật cần làm lạnh.

* Năng suất lạnh riêng:

Nhiệt lượng 1(kg) môi chất nhận được trong buồng lạnh (ứng với quá trình hoá hơi ) được gọi là năng suất lạnh riêng của

m: khối lượng môi chất lạnh được nén trong một đơn vị thời gian 1(giây)

* Công nén đoạn nhiệt:

bình ngưng.

wo = qk - qo = i2 - i3 - (i1 - i4) = i2 - i1

Công nén đoạn nhiệt: