Вопрос № 6 Дайте формулировки второго закона термодинамики и его аналитическое выражение. Что такое энтропия?

Формулировки:

1. Невозможно провести процесс, единственным результатом которого был бы переход теплоты от холодного тела к нагретому.

, где - бесконечно малое количество теплоты; Т- абсолютная температура; S- энтропия.

Или- При всех обратимых процессах в изолированной системе энтропия её остаётся постоянной, при всех необратимых процессах энтропия системы только возрастает (энтропия изолированной системы стремится к максимуму) (Формулировка по Клаузиусу). В формуле , знак равенства применяется для обратимых, а знак неравенства к необратимым процессам.

2. В природе невозможен периодический процесс, единственным результатом которого является совершение работы, проведенной за счёт охлаждения нагревателя (Формулировка В. Томсана).

3. Невозможно создать вечный двигатель второго рода - устройство, периодически совершающее работы за счёт внутренней энергии нагревателя и неизменяющее термодинамического состояния окружающих тел (Формулировка Освальда).

Энтропия: S – величина, характеризующая направление протекания теплообмена между термодинамической системой и внешней средой, а также направление протекания самопроизвольных процессов в замкнутой системе. Энтропия есть мера рассеивания (деградации) энергии.

Вопрос № 7

Изобразите графически изотермический, изобарный, изохорный, адиабатный процесс изменения состояния водяного пара в p-v; T-S; i-s диаграммах.

- изохорный процесс (v=const):

- изобарный процесс (р=const):

- изотермический процесс (t=const):

- адиабатный процесс (dq=const):

Вопрос № 8

Дать понятие эксергии и эксергетического КПД, для чего он применяется?

Эксергия – максимальная работоспособность потока тепловой энергии.

Функции, определяющие величину эксергии, называются эксергетическими функциями. Эксергия, в отличие от энергии, связанной с фундаментальными свойствами материи, является частным понятием, характеризующим пригодность энергии при заданных условиях окружающей среды.

Из этого уравнения следует, что эксергия потока однозначно определяется, если заданы параметры этого потока (P и Т) и параметры среды (Р0 и Т0).

Эксергия будет тем больше, чем менее необратим процесс. Тем больше в этом случае будет получено полезной работы.

Эксергетический КПД определяется отношением использованной эксергии и подведённой. Например, для теплообменников это будет отношение эксергии теплоносителя на выходе Е” к его эксергии на входе Е’, .

Эксергетический КПД позволяет учесть потери только из-за необратимости процессов, так как лишь в необратимых процессах происходит потеря эксергии. Поэтому для анализа всех обратимых циклов (теоретически обратимые циклы, циклы Карно) он неприменим – во всех этих случаях . Особое значение он приобрёл при оценке эффективности технологических процессов.

Вопрос № 9 в чем отличие цикла Ренкина от цикла Карно?

Наиболее совершенным идеальным циклом является цикл Карно. Паротурбинная установка, работающая по циклу Карно должна состоять из парового котла, парового двигателя, конденсатора и компрессора. Цикл Карно на влажном паре изображен ниже.

1-2 - адиабатный процесс расширения пара в цилиндре двигателя;

2-3 – конденсация пара в конденсаторе;

3-4 - сжатие пара в компрессоре;

4-1 – парообразование (кипение) в котле.

1–2 – адиабатный процесс расширения пара в турбине;

2–3 – изобарно–изотермический процесс конденсации пара в конденсаторе;

3–4 – адиабатное сжатие воды в питательном насосе и подача ее в котел;

4–5 – изобарный процесс подогрева пара в котле;

5–6 – изобарно–изотермический процесс парообразования в котле:

6–1 – изобарный процесс перегрева пара в п/п.

Реальный цикл Ренкина – это цикл паросиловой установки с потерями, обусловленными необратимостью реальных процессов.

Процессы парообразования (4-1) и расширения пара в турбине (1-2) протекают так же, как в цикле Карно. Отличия имеются в последующих процессах.

В процессе (2-3) отвода теплоты в конденсаторе пар полностью конденсируется (в цикле Карно не полностью) и образуется вода с давлением и температурой ниже, чем в паровом котле. Образовавшаяся вода ПН под давлением подается в котел (3-4' – сжатие воды в пит. насосе). На выходе из насоса температура воды остается практически неизменной, ниже температуры кипения при давлении p₄ = p_3. Поэтому в цикле Ренкина добавляется еще один процесс – изобарный (4'-4) дополнительного подвода теплоты q, для нагревания питательной воды до температуры кипения T₄.

Таким образом, в цикле Ренкина увеличивается количество теплоты q₁, необходимое для превращения 1 кг воды в сухой насыщенный пар. Одновременно увеличивается и количество теплоты q₂, отводимой от рабочего тела в конденсаторе в изобарно-изотермическом процессе.

КПД цикла Ренкина < КПД цикла Карно. В цикле Ренкина за счет полной конденсации пара удается получить более глубокий вакуум. Работа в цикле Ренкина > чем в цикле Карно за счет работы сжатия в пит. насосе и более глубокого расширения пара.

(+): работа в цикле Ренкина намного больше ⇒ большее выработка э/э;

Работа затрачиваемая на сжатие п.в. < работы затрачиваемой на сжатие влажного пара.

(–): термический к.п.д. цикла Ренкина ниже, т.к. требуется подвести больше теплоты и больше потери теплоты.

Нарисовать цикл Карно и Ренкина (на с.н.п.) на одной Ts диаграмме для наглядности.