động lực học kỹ thuật

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.15 MB, 17 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

Lê Công Hiếu Mã sinh viên : 18020508 – Nam Lớp: K63H1 – Khoa CHKT&TĐH

Giảng viên : PGS TS Nguyßn Thế Hián

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

A. Lý thuyết.

<b>I.</b>Thc tính ca nòc v hÂi nòc c trỡnh by trờn mòt giản đồ tổng thá T,v

Trong chu trình rankine người ta sử dụng môi chất là nước với hơi nước. Phân tích: Ta tìm hiểu đến q trình chuyển pha ẩn nhiệt trong nước và hơi nước

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

- Từ trạng thái 1 đến trạng thái 2: nước là chất lỏng, thể tích riêng tăng rất ít. Chất lỏng dưới trạng thái 2 được gọi là chất lỏng siêu lạnh hoặc chất lỏng bị nén. - Trạng thái 2(100oC): Chất lỏng bão hòa.

- Trạng thái 3: Tiếp tục cấp nhiệt chất lỏng tiếp tục hóa hơi

- Trạng thái 4: T= 100oC gọi là nhiệt độ bão hịa, chỉ có hơi bão hịa ( khơng cịn chất lỏng)

- Trạng thái 5: Tiếp tục cấp nhiệt thì nhiệt độ hơi tiếp tụ tăng gọi là hơi siêu nhiệt

Từ kêt quả của qusa trình chuyán pha ta tổng hợp đ°ợc các tr¿ng thái và sử

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

Kết quả của quá trình chuyển pha:

Nước ở điểm A: Nước ở nhiệt độ bão hịa (nước sơi – chất lỏng bão hòa) Hơi nước ở điểm B: được gọi là hơi bão hòa ẩm (tồn tại song song nước và hơi) Hơi ở điểm C được gọi là hơi bão hịa khơ.

Tại điểm D, hơi được gọi là hơi siêu nhiệt

Giản đồ T-V biểu diễn sự phụ thuộc của thể tích riêng và nhiệt độ của nước ở áp suất khác nhau. Biểu đồ T-V (ở hình dạng chng) chng có đỉnh điểm gọi là điểm tới hạn.

- Trên điểm tới hạn không phân biệt được hơi và lỏng (siêu nhiệt), - trong chng là hơi, lỏng bão hịa.

- Bên trái đỉnh điểm tới hạn là chất lỏng bão hòa, nhiệt dộ sôi tương ứng với aps suất khác nhau.

- Bên phải là đường hơi bão hòa (hơi ở áp suất và nhiệt độ khác nhau, - Bên trong là hơi lỏng bão hòa

Chúng ta đi xem xét đến định nghĩa các trạng thái mỗi trạng thái được định nghĩa bởi hệ sế phẩm chất.

Hệ số phẩn chất: X= <sup>�㕣−�㕣ÿ</sup><sub>�㕣ÿĀ</sub>

<b>Trong đó: </b>

vg là thể tích riêng của hơi bão hịa vf là thể tích riêng củ ỏng bão hòaa l vfg= vg-vf

X là hệ số ph m chẩ ất (là giá trị đơn trị cho mỗi một điểm, có một giá trị số duy nhất)

<b>* T¿i sao ng°ái ta sử dụng môi chất l nòc v hÂi nòc trong chu trỡnh rankine - </b>Tng đ°ợc hiêu suất cho tru chình

<b>- </b>Tng đ°ợc há sá phẩm chất của turbine

<b>- </b>Tránh đ°ợc sÿ n mịn của cánh turbine

<b>* Giải thích </b>

<b> </b> Dùng n°ßc ở tr¿ng tái lßng, n°ßc bình th°áng ở nhiát đß th°áng, áp suất th°áng ta cấp nhiát vào cho nó thì nó sái. Ta nén nó lên h¢i n°ßc áp suất cao nhiát đß cao, do ta bit nhiỏt húa hÂi l rt lòn cho nờn hÂi nòc bin thnh hÂi nú nhn c rt nhiòu nhiát, nhÁn đ°ợc mßt l°ợng nhiát có nng l°ợng của nó

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

tng lên rất nhißu và khi nó hóa h¢i hồn tồn ở tr¿ng thái ny thỡ ta cp c

<b>mòt lng nhiỏt l tÂng ứng vßi cơng này. </b>

Sau đó cho nó trở l¿i tr¿ng thái h¢i, nh°ng mà hóa h¢i, lúc đó nó sinh cơng,

<b>giảm nhiát đß, giảm áp suất, sinh cơng trên turbine ( Q trình 1->2) Ta lấy nhiát của ,mơi chất làm giảm Entropy xng thì h¢i biến thnh nòc. </b>

Trng thỏi siờu nhiỏt, hÂi nhng m h¢i nóng h¢n cùng cáp suất ở tr¿ng

<b>t</b>hái 1 thì ta sẽ đ°ợc tr¿ng thái 1’. Cùng áp suất đó cho giãn nở qua Turbine thì sẽ nhÁn c cụng lòn hÂn khi trng thỏi 1, ng thái ở tr¿ng thái 2’ thì d¿n đến há sá phẩm chất cao, gặp thuÁn lợi cho viác tng hiáu suất nhiát, vừa tng há sá phẩm chất, bảo vá đ°ợc tuarbine khơng bß h°. Do h¿t n°ßc ở áp suất cao,

<b>nhiát đß cao. </b>

<b>II . Nguyên lý thiết kế, ho¿t đßng và hiáu suất nhiát của Chu trình Rankine 1. Đßnh nghĩa </b>

Chu trình Rankine là một mơ hình được sử dụng để dự đốn hiệu suất của các

cơ hơi nước qua lại. Chu trình Rankine là một chu trình nhiệt động lý tưởng hóa của động cơ nhiệt chuyển đổi nhiệt thành công cơ học trong khi trải qua thay đổi pha. Đó là một chu trình lý tưởng hóa trong đó tổn thất ma sát ở mỗi trong bốn thành phần bị bỏ qua. Nhiệt được cung cấp bên ngồi vào một vịng kín, thường sử dụng nước làm chất lỏng làm việc.

hơi nước thường thấy trong các nhà máy phát điện nhiệt tạo ra năng lượng. Sinh nhiệt bằng cách đốt các nhiên liệu tạo ra công suất lớn. Công suất phụ thuộc vào sự chênh

học càng được tạo ra từ năng lượng nhiệt càng lớn, theo định lý của Carnot.

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

Từ đó ra thấy nguyên lý thiết kế phụ thuộc vào nguồn nóng và nguồn lạnh. Nguồn nóng: Là nguồn tạo nhiệt, sử dụng các nhiên liệu hóa thạch trong tự nhiên như

th¿ c¿n có sÿ góp mặt cÿa ngn l¿nh trong chu trình rankine. Có thß hißu ngn l¿nh trong chu trình rankine là n¡i có nhißu n±ßc, n±ßc ch¿y m¿nh nh± sơng hoặc bißn, đó là lý do vì sao các nhà máy đißn đßu đặt ß các con sơng lßn.Do đó khi thi¿t k¿ hß thßng Rankine th±ßng sẽ sử dÿng nhißu cho các nhà máy nhißt đißn và n¡i có đ¿p, hß chÿa lßn.

Ngồi n±ßc thì cũng có r¿t nhißu ch¿t lßng khác đ±ÿc sử dÿng làm ngn nóng cÿa chu trình rankine nh±ng suy cho cùng lÿi ích cÿa ngn l¿nh n±ßc này là sÿ phong phú, khơng đßc h¿i, chi phí th¿p và và đặt tính nhißt đßng cÿa nó. H¡i n±ßc đ±ÿc ng±ng tÿ, giúp gi¿m áp su¿t đ¿u ra cÿa tuabin và b¡m c¿p lißu chß tiêu thÿ ch±a đ¿n 3% cơng su¿t đ¿u ra mang l¿i hißu qu¿ cao h¡n.

<b>3. Nguyên lý ho¿t đßng của Chu trình Rankine </b>

Có bốn quy trình trong chu trình Rankine. Các trạng thái được xác định bằng số (màu nâu) trong sơ đồ T - s. P-V

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

1.Máy b¢m: là thiết bị nén nước sau khi ngưng tụ ở áp suất thấp đến áp suất cao để đưa trở lại vào lò hơi.

2. Lị h¢i: Sản xuất ra hơi nước nhờ q trình đốt cháy nhiên liệu. Nhiên liệu sau khi cháy sẽ phát sinh nhiệt và thông qua bề mặt trao đổi nhiệt sẽ truyền nhiệt cho nước biến thành hơi bão hịa khơ.

<b>3. Turbine</b>: Hơi q nhiệt áp suất và nhiệt độ cao sau khi ra khỏi bộ quá nhiệt được phun lên cánh turbine làm trục turbine quay kéo máy phát điện để biến công thành điện.

4. Bình ng°ng: Là thiết bị trao đổi nhiệt, có nhiệm vụ biến hơi nước sau giãn nở sau turbine thành trạng thái lỏng bão hòa. Quá trình này là quá trình ngưng tụ, hơi sẽ nhả nhiệt ccho nguồn nước giải nhiệt bên ngoài.

Sơ đồ nguyên lý:

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<small>• </small> <b>Quy trình 1-2: Chất lỏng làm việc được bơm từ áp suất thấp đến cao. Vì chất lỏng </b>

là chất lỏng ở giai đoạn này, máy bơm địi hỏi ít năng lượng đầu vào, công không

suất không đổi bằng nguồn nhiệt bên ngồi để trở thành hơi bão hịa khơ. Năng lượng đầu vào cần thiết có thể được tính tốn một cách dễ dàng bằng phần mềm, sử dụng biểu đồ biểu đồ Mollier hoặc bằng số, sử dụng bảng hơi nước. Mặt khác,

-quay cánh quạt của động cơ turbine tạo ra năng lượng. Điều này làm giảm nhiệt độ và áp suất của hơi, và một số hiện tượng ngưng tụ có thể xảy ra. Kết quả của q trình này có thể được tính tốn dễ dàng bằng biểu đồ hoặc bảng được ghi chú ở

suất không đổi để trở thành chất lỏng bão hịa. Mặt khác, Quy trình 4-1 là loại bỏ nhiệt áp suất không đổi trong thiết bị ngưng tụ.

Trong một chu trình Rankine lý tưởng, bơm và tua-bin sẽ là đẳng hướng, tức là,

và gần giống với chu trình Carnot hơn.

Chu trình Rankine được hiển thị ở đây ngăn chặn trạng thái của chất lỏng làm việc kết thúc ở vùng hơi quá nhiệt sau khi giãn nở trong turbine, làm giảm năng lượng được loại bỏ bởi các bình ngưng.

Chu trình năng lượng hơi thực tế khác với chu trình Rankine lý tưởng do khơng thể đảo ngược các thành phần vốn có do ma sát chất lỏng và mất nhiệt với môi trường xung quanh; ma sát chất lỏng làm giảm áp suất trong nồi hơi, thiết bị ngưng tụ và đường ống giữa các bộ phận và kết quả là hơi nước rời khỏi lò hơi ở áp suất thấp hơn; mất nhiệt làm giảm sản lượng cơng việc rịng, do đó cần thêm nhiệt vào hơi trong lị hơi để duy trì cùng mức sản lượng cơng việc rịng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

Ngày nay, 80% nng l°ợng đián trên thế gißi sản xuất bằng chu trình

<b>Rankine. </b>

hiáu sut ca chu trỡnh hÂi sinh cụng s dng ròng rãi nhất trong công nghá nng l°ợng đián hián nay

Các giải pháp:

- Áp suất nhiệt độ của nồi hơi lên cao giúp tăng hiệu suất nhiệt. Bên cạnh đó nhược điểm của phương pháp này là hệ số phẩm chất ở điểm 2 kém hơn điểm 2’, chu trình đi qua 2’ được hiệu suất cao hơn. Khi đó hệ số phẩm chất của hơi thấp đi, lượng nước đặt vào turbine rất ít.

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

- Giảm áp suất bình ngưng, áp suất nồi hơi giữ cố định làm tặng hiệu suất nhiệt. nhược điểm: Các giọt nước li ti đập vào mặt turbine với tốc độ cao làm cho cánh turbine nhanh hỏng.

- Chu trình dùng hơi siêu nhiệt có nhiệt độ trung bình của quá trình cấp nhiệt cao hơn với chu trình giúp tăng hiệu suất nhiệt.

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

<b>Sau khi đến cung cấp nhiát cho tr¿ng thái 1 -> ta thêm nhiát vào thì tng lên </b>

đến 1 v¿n ở cùng cáp suất, khi đó có há sá t¿i 2 thỡ diỏn tớch a1234 lòn hÂn diỏn tớch ca hỡnh ban u a1234, dn n cụng lòn hÂn, d¿n đến hiáu suất

<b>của chu trình sẽ tng. </b>

Vßi chu trình tái sinh nhiát, sau khi ở tr¿ng thái 1 2 h¢i giãn nở qua tần áp suất cao của tua bin thì tiếp tục tái sinh nhiát sẽ thu đ°ợc nhiát đß siêu nhiát T3 nh°ng khơng bằng T1 ( Chu trình Rankine lý t°ởng vßi siêu nhiát) Ta thu đ°ợc há sá phẩm chất T4 cú Diỏn tớch lòn hÂn hỡnh ban u. Khi ú cụng lòn hÂn v hiỏu sut lòn hÂn

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

- Hơi nước gây xói mịn , ăn mòn đối với ống van và cánh turbine.

- Trong q trình, chỉ một phần năng lượng có thể phụ hồi từ chênh lệch áp suất được chuyển thành cơng có ích. Phần khác được chuyển thành nhiệt và bị mất. Hiệu suất bị giảm..

- Trong các bộ trao đổi nhiệt thì mơi chất làm việc có một quãng đưỡng dài, đảm bảo trao đổi nhiệt tốt nhưng gây ra sụt áp làm giảm lượng điện năng có thể phục hồi từ chu kỳ. Tương tự như vậy, chênh lệch nhiệt độ giữa nguồn nhiệt và môi chất làm việc tạo ra sự phá hủy exergy và làm giảm hiệu suất của chu trình.

- Ngày nay cơng nghệ năng lượng điện hiện đại sử dụng cơng nghệ chu trình Organic Rankine (ORG) có nhiều ứng dụng khả thi. Có hơn 2,7 GW công suất lắp đặt và 698 nhà máy điện được xác định trên toàn thế giới.

Các giải pháp được đưa ra và đã đi vào hoạt động như: 1. Tái tạo nguồn nhiệt thải

2. Khắc phục lượng nhiên liệu đầu vào tưởng đối nhỏ ở nhiều khu vực. 3. Sử dụng chu trình ơng nghệ năng lượng ORG cho các cơng trình năng lượng

điện mặt trời, năng lượng địa nhiệt, nhà máy điện sinh khối…