Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 [ 3 ] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57

Отношение теплоты, преобразованной в работу, - qn, к теплоте подведенной q называется термическим или термодинамическим к. п. д.:

Я1 - Яг

1Ь =

Нетрудно заметить, что iri;<l.

4. Термический к. п. д. зависит только от разности температур верхнего и нижнего источника тепла и не зависит от природы рабочего тела.

Второй закон термодинамики не исключает, а дополняет первый закон термодинамики (закон количественных соотношений), объясняя качественную сторону вопроса, т. е. объясняя условия перехода тепловой энергии в механическую работу.

Тепловые процессы, или просто процессы, - явления, вызванные нагревом (охлаждением) или сжатием (расширением) воздуха, в результате чего его параметры изменяются.

Простейшие процессы: изохорный - нагрев или охлаждение при v = const; изобарный - нагрев или охлаждение при р = const; изотермический - сжатие или расширение при Т = const; адиабатный - сжатие или расширение без теплообмена =0 при S = const.

Каждый из этих процессов, в зависимости от значения показателя п, является частным случаем политропного процесса.

В табл. 3 приведена характеристика тепловых процессов. Графическое изображение процессов в системе координат р - v и Т - S показано на фиг. 2.

В системе координат р - v площадь под линией процесса выражает работу процесса / в дж [кГм/кг\, в системе координат Т - S площадь под линией процесса выражает теплоту процесса q в дж [ккал/кг].

Совокупность процессов, в результате протекания которых воздух возвращается в начальное состояние, называется круговым замкнутым процессом или циклом. Все существующие тепловые двигатели, а также холодильные установки работают по замкнутому- циклу. Работа цикла или его теплота графически выражаются площадью внутри кривых цикла в системе координат р - V или Т - S.

Идеальным считается цикл Карно, состоящий из двух изотерм и двух адиабат. Практического применения этот цикл не получил, вследствие громоздкости установок, требующихся для его осуществления; однако значение этого цикла очень велико, так как при равной разности температур, т. е. при равных условиях, он обладает наибольшим термическим к. п. д. по сравнению с любым другим циклом и поэтому служит как бы эталоном - мерой совершенства циклов любых тепловых двигателей. ,

Понятие о цикле неприменимо к компрессорам, поскольку в них только процесс сжатия (и расширения воздуха, оставшегося во вредном пространстве у поршневых машин) является термодинамическим. Процессы всасывания и выталкивания воздуха происходят в результате изменения объема, вызванного движением поршня в цилиндре, и являются механическими процессами .

Круговую диаграмму компрессора будем называть в дальнейшем диаграммой рабочего процесса компрессора.

(у=const)

s=canst

г.) 6)

Фиг. 2. Графическое изображение процессов: а ~ в системе координат р -и; б - в системе координат Г -s.

Уравнение непрерывности. В становившемся непрерывном потоке секундный объем воздуха V м/сек, проходящий в любом сечении трубы (канала) Рм остается неизменным и равен произведению площади поперечного сечения на скорость протекания W mIcck:

V - Fw м1сек; tnv = Fw м/сек

т =- qFw кг/сек,

где т - массовый секундный расход воздуха в кг/сек;

V - удельный объем протекающего воздуха в мУкг;

Q - плотность воздуха в кг/м". Уравнение Бернулли является одним из выраженпй закона сохранения энергии и означает равенство для любых сечений по-

тока (струйки) суммы напоров скороеГНОГО-у

пьезометри-

ческого 1 .у J ного на трение h

.геодезического или высотного gz [z] и потерян-

-rZa-l /;„„„, дж/кг1мУсек]\

2g Yi

2 nom

kFjaIkF {m)

где w - скорость в сечении потока в м1сек\

р - давление в сечении потока в н1м, кГ/лг; Q - плотность протекающей среды в кг/м; g - ускорение силы тяжести; g = 9.81 м/сек; у - удельный вес протекающей среды в кГ/м (только в си-

стеме единиц МКГСС); Z - высота центра тяжести сечения потока в м. Для формулы, написанной в системе единиц СИ, размерности

каждого слагаемого имеют вид м/сск, так: м-1сек?; н. мУм-кг = "„- = м-1сек- (размерность ньютона -

Q С€К • К2

кг-м/сек) и gz = мЧсек", поскольку дж/кг = н-м/кг -

кг-м-м

= м-/сек.

сек-кг

Для формулы, написанной в технической системе единиц

лА-сек р кГ-л»

(МКГСС), размерность слагаемых: сс/с. = -"и; уЖШ

(вместо Q раньше применяли понятие удельный вес у кГ/м), и Z м.

Для перехода от системы единиц МКГСС к системе единиц СИ нужно все слагаемые умножить на g м/сек.

При помощи уравнений непрерывности и Бернулли решается большое число практических задач, связанных с движением воздуха и жидкостей.

Для несжимаемых жидкостей и для воздуха при отсутствии изменения состояния (или незначительном изменении состояния) увеличение проходного сечения трубопровода приводит к уменьшению скорости и уменьшению скоростного напора, за счет чего возрастает пьезометрический напор, т. е. повышается давление.

Для уменьшения потерь на трение проходнсе сечение увеличивают плавно; такой участок трубопровода называется диффузором. Наоборот, трубопровод, плавно уменьшающийся, - конфузор,- приводит к увеличению скорости и уменьшению давления, т. е.

к частичному преобразованию пьезометрического напора в скоростной (преобразование потенциальной энергии в кинетическую).

Параметры заторможенного потока. Отнесенная к 1 кг газа полная энергия потока в любом его сечении выражается следующим уравнением:

£ = «-f- + +gz дж/кг

где и = сТ - внутренняя энергия газа в дж/кг[ккал/кГ];

- удельная массовая теплоемкость газа при постоянном объеме в дж/(кг-град) [ккал/кг-град]; Т - температура газа в "К;

- тепловой эквивалент работы в ккал/кГм;

= ра = НТ = 1дж/кг =рь = ЯТ = 1кГм/кГ{м)

потенциальная энергия, или энергия давления потока, способного произвести работу / в дж/кг (механическую работу / кГм/кГ) и имеющего давление р в н/мг [кГ/м ], плотность е в кг/м [удельный вес у в кГ/м] и удельный объем v в мУкг; -gj дж/кг[кГм/кГ{м)] - кинетическая энергия потока, имеющего скорость движения w в м/сек; gz [z] - энергия положения-высотный напор в дж/кг [м]. В различных сечениях потока отдельные составляющие энер-гни(и, /, и gz) могут претерпевать изменения, полная же энергия потока согласно закону сохранения энергии остается неизменной.

Энергией gz [Az] вследствие ее малой величины для газового потока обычно пренебрегают.

: Для малых скоростей потока, в пределах единиц или даже десятков метров в секунду, величина кинетической энергии

iAg 1 также невелика, и практически ее чаще всего не учитывают. В этих случаях для термодинамического рассмотрения процессов ограничиваются следующим выражением энергии потока:

/ . . u + pv = cJ + RT = CpT = i дэ1с/кг

[и + Apv = сТ -\-ART = СрТ = i ктл/кГ]

поскольку R = Cp - c[AR Ср - cj; c-JT 1 (Ср - с)Т = СрТ, т. е. сумма внутренней энергии и потенциальной энергии давления равна энтальпии газа. 26

В современных турбокомпрессориых машинах при скоростях потока к» > 100 м/сек необходимо учитывать его кинетическую энергию. В этом случае температура и скорость определяют энергию потока, выражаемую следующим уравнением:

£ = СрГ -Ь -1 дэю/кг;

[Е = СрТ-\-А ккал/кГ].

Для определения энергии в зависимости только от одного параметра, как это имеет место для неподвижного газа, вводят понятие полных или заторможенных параметров. Если поток газа остановить, то в результате торможения вся кинетическая энергия преобразуется в тепловую; возрастут энтальпия, температура и давление газа. Полученные при этом параметры называются полными, или параметрами торможения. При обтекании тел потоком газа происходит торможение газа; отдельные струи газа полностью останавливаются и приобретают параметры торможения. Термометр, находящийся в потоке газа, измеряет не действительную температуру движущегося газа, а близкую к температуре торможения.

Обозначим полные параметры /*, Т* и р*. Из равенства энергии потока газа и остановленного (заторможенного) газа получим следующие выражения полных параметров:

i == г + дж/кг

[i* = i + A ккал/кГ]

откуда

СрТ* = СрТ

дж/кг

[СрТ*=СрТ + А ккал/кГ],

,.,2

[Г* = г -f л

Соответствующее полное давление определится из" уравнения адиабаты:

/£-

Ы2 \ А; - 1

2gCpT }