Цикл ренкина кратко и понятно

Обновлено: 03.07.2024

Цикл Ренкина (англ. Rankine cycle) — теоретический цикл, имеющий место в паровых машинах и включающий четыре основных стадии: испарение воды при высоком давлении, расширение пара, конденсация пара, повышение давления воды до начального значения. [1]

Содержание

Описание цикла

На рисунке изображен цикл Ренкина в T-S диаграмме. Цикл Ренкина с использованием перегретого пара применяется для увеличения термического КПД цикла ПТУ.

Процессы происходящие в этом цикле:

линия 3-1. Подвод теплоты к рабочему телу при постоянном давлении (изобарный процесс). Происходит фазовый переход рабочего тела из жидкого в газообразное состояние. Горизонтальный участок линии "3-1" это процесс кипения (область насыщенного пара). После пересечения красной пунктирной линии (линия постоянного сухого пара) происходит процесс перегрева пара.
линия 1-2. Процесс адиабатического расширения перегретого пара в турбине. Кинетическая энергия пара на лопатках турбины превращается в механическую энергию вращения ротора турбины.
линия 2-2’. Происходит конденсация и отвод тепла отработанного пара в конденсаторе при постоянном давлении.
линия 2’-3.Адиабатное сжатиепитательным насосом сконденсировавшейся воды до первоначального давления.

Источники

См. также

Примечания

Англо-русский терминологический словарь ASHRAE по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха и охлаждению 2002, стр. 240.

Личные инструменты

Из соображений безопасности изменена система регистрации новых пользователей. Теперь, во время регистрации, вам нужно будет заполнить данную форму (все поля обязательны для заполнения) и подать запрос на регистрацию. Администрация сайта проверит вашу заявку и вам на e-mail придет письмо с подтверждением регистрации и данными для входа. При первом входе временный пароль рекомендуется изменить.

Цикл Ренкина — термодинамический цикл преобразования тепла в работу с помощью водяного пара.

Содержание

История

Цикл Ренкина был предложен в середине XIX века инженером и физиком У. Ренкином

КПД цикла

Термодинамические исследования цикла Ренкина показывают, что его эффективность в большей степени зависит от величин начальных и конечных параметров (давления и температуры) пара.

$\,\!\eta = \frac<q_1-q_2></p> <p> = \frac$
.

Процессы

Цикл Ренкина состоит из следующих процессов:

Применение

Цикл Ренкина нашёл применение в современных тепловых электростанциях большой мощности использующих в качестве рабочего тела водяной пар.

Обратный цикл Ренкина

При прохождении цикла Ренкина в обратном направлении (1—6—5—4—3—2—1) он описывает рабочий процесс холодильной машины с двухфазным рабочим телом (то есть претерпевающим в ходе процесса фазовые переходы от газа к жидкости и наоборот). Холодильные машины, работающие по этому циклу, с фреоном в качестве рабочего тела широко используются на практике в качестве бытовых холодильников, кондиционеров и промышленных рефрижераторов с температурой морозильника до −40 °C.

Цикл Ренкина - это обратимый термодинамический цикл, который включает две изобары и две адиабатики .

Это цикл, наиболее близкий к циклу Карно . Его отличает замена двух изотермических превращений двумя изобарическими превращениями, что делает возможной его техническую реализацию.

Он был изобретен Уильямом Джоном Маккорном Рэнкином (1820-1872), который дал ему название.

Резюме

Описание

Цикл Ренкина - это необратимый цикл, то есть необратимость происходит только в результате обмена теплом с внешним миром. Напротив, так называемые замкнутые преобразования считаются обратимыми.

Цикл, проходящий в направлении двигателя , состоит из следующих четырех преобразований:

1 → 2: Адиабатическое и обратимое ( изэнтропическое ) сжатие .
2 → 3: Изобарическое и необратимое испарение .
3 → 4: Адиабатическая и обратимая релаксация ( изэнтропическая ).
4 → 1: Изобарическое и необратимое разжижение .

Изобарическое испарение жидкости можно разделить на две последовательные стадии: только изобарический нагрев жидкости, затем изобарическое и изотермическое испарение .

Отличие от цикла Карно

Цикл Карно - это идеальный обратимый цикл, который для двух данных источников тепла является наиболее эффективным. На самом деле фазы сжатия, расширения и конденсации слишком деликатны с технической точки зрения. Кроме того, понятие обратимости передачи тепла и работы подразумевает бесконечно большие поверхности обмена и бесконечно медленные преобразования, которые на практике невозможны. Физически возможный цикл Ренкина - это термодинамический цикл, который больше всего напоминает цикл Карно.

В цикле Ренкина, в отличие от цикла Карно, конденсация носит тотальный характер. Следующее сжатие требует меньше работы, поскольку жидкость находится в жидкой форме. Это усовершенствование означает, что насос, который потребляет мало энергии, можно использовать в качестве компрессора и что полезная работа будет больше, чем для цикла Карно. Однако избыточное тепло, необходимое для испарения жидкости, означает, что эффективность цикла Ренкина остается ниже, чем у цикла Карно.

Варианты

Органический цикл Ренкина

В 1883 году Франк Офельдт первым разработал двигатель Ренкина, в котором в качестве рабочего тела использовалась не вода, а нафта . Это нововведение позволило обойти правила, требующие наличия разрешения, чтобы иметь возможность испарять воду, необходимую для паровых двигателей, нафта не подлежит регулированию.

Органические жидкости включают алканы , фторированные алканы, простые и фторированные простые эфиры.

Впоследствии использование органических жидкостей для цикла Ренкина продолжало развиваться и изучаться. Его основные преимущества:

возможность использования горячего источника с более низкой температурой благодаря более низкой температуре кипения органических жидкостей;
снижение скорости вращения турбогенератора, давления и износа за счет более высокой молярной массы органических жидкостей.

Его приложения, в частности, находят применение в геотермальной энергии, промышленной рекуперации тепла и производстве электроэнергии из биомассы. По состоянию на конец 2015 года установленная мощность в мире, работающая по принципу этой технологии, составляет около 2,7 ГВт электроэнергии.

Калина цикл

Оригинальность этого термодинамического цикла заключается в использовании смеси двух жидкостей в качестве рабочего тела. Первоначально эта смесь состояла из воды и нашатырного спирта . Впоследствии появились и другие смеси.

По сравнению с традиционным циклом Ренкина, это нововведение приводит к изменению температуры во время ранее изотермических фаз испарения и конденсации жидкости . Тем самым повышается термический КПД цикла, поскольку средняя температура во время притока тепла выше по сравнению с аналогичным циклом Ренкина, а средняя температура во время потери тепла ниже. Прирост эффективности по сравнению с традиционным циклом Ренкина оценивается от 10% до 50% в зависимости от области применения. Чем ниже температура источника тепла, тем больше выигрыш в эффективности по сравнению с циклом Ренкина.

В геотермальные электростанции , расположенные в Húsavík в Исландии , Унтерхахинга и Bruschal в Германии , но и в Quingshui в Тайване использовать цикл Калины. Он также используется в системах рекуперации тепла в Японии, например, на сталелитейном заводе компании Sumitomo Metal, на нефтеперерабатывающем заводе Fuji Oil в Токийском заливе или в мусоросжигательной установке в городе Фукуока . В меньшей степени цикл Kalina использовался во время Всемирной выставки 2010 года в Шанхае для выработки 0,05 МВт от солнечной электростанции .

Цикл Хирна

Цикл Хирна характеризуется перегревом в конце испарения. Этот вариант представляет собой цикл, который больше всего напоминает работу пароводяного цикла ТЭЦ. Помимо повышения эффективности, перегрев снижает влажность пара, вредного для лопаток турбины.

Промышленное применение

Настоящий цикл Ренкина - это цикл большинства тепловых машин, известных как внешнее сгорание, используемых в настоящее время: паровые двигатели для приведения в движение лодок, подводных лодок или для производства электроэнергии в направлении двигателя, холодильники , кондиционеры и тепловые насосы в обратном порядке.

Тогда если системы B и C находятся в тепловом равновесии, то системы A и C также находятся в тепловом равновесии между собой. Людмила Фирмаль

Перегретый пар направляется в проточную часть турбины и сначала направляется в канал сопловой решетки (в реактивной турбине канал направляющей и рабочая решетка), где осуществляется процесс адиабатического расширения 12.Так как точка 2 находится в области влажного насыщенного пара, то общее количество теплоты л = Vapor пара в этом состоянии определяется по формуле (1.153) и равно точке 2В из области 0-32св,$ 7-дешрам, или соотношению (1.158) следующим образом: si график.

Пар, потребляемый турбиной, поступает в конденсатор, где тепло q2 отводится от пара охлаждающей водой, а пар конденсируется (процесс 23) и превращается в воду (конденсат) по условному параметру пункта 3.Затем конденсат возвращается в котел с помощью насоса (пункт 4).Обычно при анализе такого цикла воду принимают за несжимаемый объект.

Поэтому процесс откачки воды 34 принимается как изопластический. Нижняя граница кривой расположена вблизи линии этого процесса, поэтому ее часто совмещают с процессом сжатия на насосе и нагревом до кипящего состояния воды в котле! (sT и si диаграмма процесса 35).Образовавшийся таким образом термодинамический цикл является циклом Репкина.

Чем ниже давление в конденсаторе (чем глубже вакуум), тем больше работа пара в лопатках турбины и тем выше тепловой КПД. Цикл нагрузка / q также может быть увеличен путем увеличения давления (Gi =iᵥ- -i₂> / c = ii-i₂) и температуры перегрева (ломаная линия 5 ’67′). в пароприводной установке с промежуточным перегревом пара столб 1-й ступени (процесс 13, рис. 1.37) перегревается в промежуточном перегревателе (процесс 34) и расширяется во 2-й ступени Рис. 1.37.

C схема привода паросиловой установки в сочетании со звуком ro в средней части ne child Турбинная ступень (процесс 42). при наличии промежуточного вращения персов конечная влажность пара снижается(x2.It следует отметить, что X2), условия работы лопаток последней ступени турбины улучшаются. Если будет промежуточный перегрев, то работа сделанная в цикле увеличит ч =(ч-б)+(г-г)> ч〜- В соответствии с формулой (1.293) дополнительное тепло qₘ-i₄-i₃ подается в промежуточный гель звукового датчика геля, так что тепловой КПД цикла Б = — ч)+(i₄ — * 2）] / [＆- -У +(и4-i₃) Ж. (1-294）.

Давление промежуточного перегрева следует выбирать таким образом, чтобы рабочий объем/ q цикла увеличивался более интенсивно, чем количество тепла. Перегрев в середине может привести к увеличению начального пара pressure. In дело в том, что при отсутствии промежуточного перегрева при определенном давлении p2 начальное давление повышается от pj до pg при ограничении верхней предельной температуры Tj в точке 1 (рис. 1.37 Рис. 1.38. Схема цикла воспроизведения З ’4′ о.） Г с Увеличьте влажность выхлопного пара(x₂. x₂ -).

С введением промежуточного перегрева этот недостаток устраняется. Воспроизведение cycle. In в паросиловой установке, работающей в цикле регенерации, часть пара выводится в середине рабочего процесса турбины и направляется в специальный теплообменник, где смешивается с конденсатом в количестве mₖ, а температура смеси повышается до температуры mQ t = + t«в котел. Работа конечной ступени турбины (после отбора пара) облегчается уменьшением количества пара, проходящего через нее. Цикл регенерации, как видно из сравнения теплового КПД цикла регенерации rjf и цикла Rsnkin c, тепловой .

КПД пароэнергетической установки составляет high. In цикл регенерации, часть пара проходит цикл 12’4561. (рисунок 1.38), а другая часть m *проходит цикл 123561.Конденсат нагревается за счет тепла, передаваемого от пара (область 44’3’3) (Процесс 34).Поэтому внешнее тепло, затрачиваемое на цикл регенерации, определяется областью 11 ′ 4 ′ 456. G = m / m для относительного отбора пара, u = mjm = \ — g для относительного количества пара, проходящего через конденсатор. Конкретная работа б.） На паровой электростанции、 +(1.295） Таким образом, тепловая эффективность цикла регенерации +(1.296） Где количество тепла? f численно равен ZT площади рисунка 4 ’45611′.

В цикле Rsnkin (см. Рисунок 1.36) число * 1 местоположений численно равно площади 3’35611 ’(см. Рисунок 1.38), а удельная работа/ k равна площади 12356.Согласно формуле (1.293), 1K = rj^,.Поскольку тепловой КПД цикла осуществляется выбранной порцией пара, r] =l₀ q \, n? = ГУ? + «П // 1 м(1.297） В теплообменнике отбираемый пар g и конденсат смешиваются, и удельное количество тепла, которое движется от пара к конденсату/₀, численно равно площади 4 ′ 42 ′ г. количество тепла, передаваемого паром gqQₜ, воспринимается конденсатом как: л (91-9?) = £9- Потому что удельная работа / ₀ численно равна площади 12 ′ 456、 Т)? = * о / 9? =(В?-9°) м、.

В то же время повышение температуры в конце размножения подроста, по поводу подбора заданного числа, приводит сначала к повышению эффективности цикла размножения, а затем, после достижения определенного максимума, к ее снижению. Людмила Фирмаль

Изотерм и сегменты изоляции).Регенеративный цикл 6745 с постоянной средней температурой теплопередачи, средняя температура теплоснабжения высока, тепловая эффективность улучшена, она приближается к тепловой эффективности цикла Карно. Оптимальный выбор температуры анализирует зависимость qf и rjP от To、 Бинарные циклы.

Бинарный цикл, например водно-ртутный цикл, величина TM обеспечивается ртутью, а T₁ₜ-водой(рис.1.39). Пары ртути (процесс Зр4р/р), турбины подается до температуры ТН|Р, установленных в сопле образуется в теплообменнике в давление, создаваемое в процессе расширения 1р2р делается. Пары ртути конденсируются(процесс 2p3p), после чего ртутный конденсат закачивается в котел и нагревается (процесс Zp4p). Охладитель теплообменного аппарата water. In котел представляет собой рабочую жидкость в нижнем ярусе оборудования, использующую тепло, полученное ртутью.

Реакторный цикл Цикл оборудованный с реактором был широко used. In в ядерном реакторе, когда тепловое Q выделяется при температуре TP реактора, происходит деление ядра ядерного топлива. Тепловое количество Q парогенератора, представляющего собой специальную теплоноситель, циркулирующий через реактор, передается теплоносителю 2-го Circuit. As в результате образуется пар, который используется в турбинах. Работа оборудования с реактором осуществляется по циклу, показанному на схеме. 1.39.As охлаждающая жидкость.

Бинарный цикл-это термодинамический цикл, выполняемый двумя рабочими органами. Первичные контуры, непосредственно подключенные к ядерным реакторам, используют природную и тяжелую воду, газ, жидкий металл и органические высококипящие жидкости. Во 2-м контуре теплоноситель нерадиоактивный, поэтому 2-й контур представляет собой обычную паровую установку. Игнорируя потерю термодинамического цикла работы, цикл работы Ec = C(1-T₂ / TUₚ）.

Где Т₂-температура охлаждающей жидкости 2-го контура на выходе из турбины. T₁avav-средняя термодинамическая температура подвода тепла к рабочему телу. Фактически часть рабочего КТЛ расходуется на нужды самой установки(например, перекачка конденсата и привод в движение питающего насоса), и в связи с этим цикл L = = Ln-ab тиви =(л-А) (Л-T₂/7’ₗcₚ) Эл. (1301）.

Образовательный сайт для студентов и школьников

Читайте также: