Tham khảo bài thuyết trình 'nguyên lý và thiết bị trong nhà máy điện - dương trung kiên', kỹ thuật - công nghệ, điện - điện tử phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Nguyên lý và thiết bị trong nhà máy điện - Dương Trung Kiên
- NGUYÊN LÝ VÀ THIẾT BỊ TRONG
NHÀ MÁY ĐIỆN
Dương Trung Kiên
Khoa_Quản lý năng lượng
Trường_ĐH Điện lực
- NỘI DUNG
Phần I: Cơ sở lý thuyết của máy năng lượng
Chương 1: Cơ sở nhiệt động kỹ thuật
Chương 2 : Cơ sở trao đổi nhiệt
Chương 3: Cơ sở thuỷ khí động lực học
Phần II: Các thiết bị năng lượng nhiệt
Chương 1: Lò hơi và nhiên liệu
Chương 2 : Là phản ứng và thiết bị sinh hơi của nhà máy
điện nghiên tử
Chương 3:Tua bin hơi và tua bin khí
Chương 4: Nhà máy điện và điện nguyên tử
Phần III: Thuỷ điện
Chương 1: Tua bin thuỷ điện
Chương 2: Nhà máy thuỷ điện và cơ sở xác định công suất
nhà máy thuỷ điện
Phần IV: Vận hành các thiết bị năng lượng
2
- Chương 1: Cơ sở nhiệt động kỹ
thuật
I. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ ĐỊNH LUẬT
THỨ NHẤTCỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC
Nhiệt động học là khoa học về quy luật biến đổi năng lượng
mà trong đó chỉ xem xét những biến đổi cơ năng và nhiệt
năng.
Hệ nhiệt động học: Là hệ các vật nằm trong mối tương tác
với nhau và với môi trường xung quanh.
Ví dụ: Khí được nén hoặc giãn nở trong xi lanh có pittông chuyển
động
Các thông số nhiệt động học cơ bản biểu diễn trạng thái
của hệ: Nhiệt độ T, thể tích riêng v, áp suất tuyệt đối p.
Các thông số này có mối quan hệ phụ thuộc vào nhau và thể
hiện bằng phương trình trạng thái của môi chất
3
- Khí lý tưởng
Khí lý tưởng được hiểu là một tập hợp
(chất khí) gồm các phần tử vật chất đàn hồi
có thể tích không đáng kể và không có lực
tương tác giữa chúng.
Phương trình trạng thái đối với 1kg khí lý
tưởng (Phương trình Clapayron):
pv=RT
R: Hằng số chất khí,nó là công có thể thực hiện
được bởi 1kg khí khi nung nóng lên 1K (J/kg.K)
4
- Chất khí bất kỳ
Theo định luật Avôgađrô:
1Kmol chất khí bất kỳ
P=760 mmHg=1,01325.105 kPa => v=22,4m3
T=273,16K
Hằng số chất khí:
pvµ 1,013.105.22,4
Rµ = = = 8314( J / kmol.K )
T 273,16
Đối với Mkg chất khí phương trình trạng thái
pv=MRT
5
- Quá trình nhiệt động học
Quá trình nhiệt động học là quá trình thay đổi
liên tục trạng thái của môi chất được gây ra bởi sự
tương tác của nhiệt hoặc cơ học hoặc kết hợp
nhiệt-cơ với môi trường xung quanh.
Biểu diễn quá trình nhiệt động học bằng
biểu đồ p-v P
1
Trạng thái môi chất biểu
P1
2”
thị bằng một điểm 3
P2 2
Quá trình thay đổi trạng
thái biểu diễn bằng các đường 1’ 2’
v1 v2 v
6
- Công thay đổi thể tích chất khí
Khi thông số chất khí thay đổi có nghĩa là đã có s ự th ực
hiện hoặc tiêu thụ một công nào đó. Khi 1kg chất khí
giãn nở trong xilanh có bittông => Nó sẽ thực hiện m ột
công gian nở (công thay đổi thể tích) F
dl=pFdS=pdv
ds
p-là áp suất tuyệt đối chất khí
Trong đó:
F-Tiết diện của pittông
dS-Độ dài pittông đi được
dv-Số gia thể tích chất khí khi giãn nở
Khi thay đổi trạng thái từ 1=>2 đơn vị công thay đổi
thể tích được xác định.(diện tích 1-2-2’-1’)
2
l = ∫ pdv
1
7
- Nhiệt năng
Nhiệt năng: là dạng năng lượng liên quan đến sự chuyển
động của các phân tử và tương tác giữa các phân tử.
Một sự thay nhiệt lượng dQ của một khối lượng vật chất M sẽ tỷ
lệ với khối lượng và sự thay đổi nhiệt độ của vật
dQ=cMdT
2
Q = M ∫ cdT
1
Trong đó: C-nhiệt dung riêng khối lượng, được tính bằng lượng
nhiệt năng cần thiết để đưa một đơn vị khối lượng vật chất thay đổi
1K trong một quá trình nhiệt động nào đó, đơn vị J/kg.K
Khi nhiệt dung riêng có giá trị không đổi c=const
Q=cM(T2-T1)
8
- Nội năng và hàm trạng thái
Nội năng vật thể bẳng tổng nội động năng và nội thế năng
Trong quá trình cung cấp nhiệt năng nếu không sinh ra công thì
toàn bộ lượng nhiệt năng cung cấp sẽ tiêu dùng để làm tăng
năng nội năng ∆ U(J).
Nội năng được xác dịnh bởi các thông số trạng thái, không phụ
thuộc vào việc nó đạt trạng thái đó bằng cách nào. Nói cách
khác nó là hàm trạng thái.
Hàm trạng thái:
Sự thay đổi của hàm trạng thái khi chuyển từ trạng thái có
giá trị cácthông số trạng thái P0,v0,T0=> giá trị P1,v1,T1 không
phụ thuộc vào cách thức chuyển.
Nếu vật chất tham gia lần lượt vài quá trình và cuối cùng
quay lại trạng thái ban đầu thì hàm trạng thái không thay
đổi.
9
- Định luật nhiệt động học thứ nhất
Trong một quá trình môi chất được cung cấp một
lượng nhiệt năng dQ => làm thay đổi nội năng dU và
thực hiện một công dL.
=> Theo định luật bảo toàn: dQ=dU+dL
dQ=dU+pdV (1)
=> Đối với 1kg môi chất: dq=du+pdv (2)
(1) và (2) là biểu diễn toán học của định luật nhiệt
động học thứ nhất.
Định luật nhiệt động học thứ nhất thực chất là
trường hợp riêng của định luận bảo toàn và chuyển
hoá năng lượng ứng với quá trình nhiệt
10
- II. CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG . ĐỒ THỊ
T,s VÀ i,s. CHU TRÌNH TUẦN HOÀN
Các quá trình nhiệt động học:
Quá trình đẳng tích (v=const)
Quá trình đẳng áp (p=const)
Quá trình đẳng nhiệt (T=const)
Quá trình đoạn nhiệt (dq=0)-là quá trình xẩy ra
không có sự trao đổi nhiệt với môi trường xung
quanh.
Quá trình đa biến (dl/dq=ϕ)-quá trình xẩy ra ở bất
cứ tỷ lệ nào giữa công sinh ra bởi vật chất và
nhiệt năng cung cấp cho nó.
11
- Quá trình đẳng tích (v=const)
Phương trình trạng thái
p1/T1= p2/T2
Môi chất không thực hiện công ngoài nên phương tình nhiệt đ ộng
học thứ nhất : dq=du+pdv
dq=du
P
Theo khái niệm nhiệt dung riêng: dq=cvdT
2
du=cvdT
⇒
Sự thay đổi nội năng trong quá trình 1
⇒
đẳng tích có thể được xác định qua P1 2’
nhiệt dung riêng chất khí và nhiệt P’2 P2
độ đặc trưng cho quá trình
v
12
- Quá trình đẳng áp (P=const)
P 2
1
Phương trình trạng thái
P
v1/T1= v2/T2
v1 v
v2
Phương trình nhiệt động học thứ nhất
trong quá trình đẳng áp: dq=du+dl
Biểu thức tính nội năng: ∆ u=cv(T2-T1)
v 2
l = ∫ pdv = p (v2 − v1 ) = R (T2 − T1 )
Công ngoài : v1
v2
q p = cv (T2 − T1 ) + ∫ pdv = cv (T2 − T1 ) + R (T2 − T1 ) = (cv + R )(T2 − T1 )
v1
13
- Phương trình Meier và Entanpi
Phương trình Meier:
Nhiêt dung riêng khí lý tưởng trong quá trình đẳng áp cp,với 1kg chất
khí: qp=cp(T2-T1)
=> cp=cv+R cp-cv=R
Phương trình Meier thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt dung riêng khi thể
tích không đổi và khi áp suất không đổi
Entanpi
Thêm vdp vào 2 vế của pt nhiệt động học thứ nhất
dq+vdp=du+pdv+vdp=du+d(pv) =d(u+pv)
Đặt u+pv=i => dq=di-vdp
Đại lương i (J/kg) được gọi là Entanpi. Entanpi là thông số trạng thái vì
nó chỉ phụ thuộc vào u,p,v. 2
l = ∫ di = i2 − i1
Quan hệ Entanpi và quá trình đẳng áp: dq=di => 1
Như vậy trong quá trình đẳng áp nhiệt lượng cung cấp bằng sự thay
đổi Entanpi. Entanpi còn có thể biểu diễn qua sự thay đổi nhiệt độ:
i2-i1=cp(T2-T1)
14
- Quá trình đẳng nhiệt (T=const)
Phương trình trạng thái với quá trình đẳng nhiệt
(Phương trình Bôi-Mariôt):
P1
pv=const pv=const
Sự thay đổi nội năng chất khí và 2
P
sự thay đổi Entanpi đều bằng không: pv =const k
2’
du=0 và di=0 v1 v
Phương trình nhiệt động học thứ nhất
trong quá trình đẳng nhiệt: dq=du+dl=> dq=dl
v2 v2
RT v P
l = ∫ pdv = ∫v dv = RT ln 2 = RT ln 1
v1 P2
v1 v1
15
- Quá trình đoạn nhiệt
Quán trình đoạn nhiệt là quá trình trong đó không có sự trao
đổi nhiệt với môi trường xung quanh. dq=0
Phương trình nhiệt động học thứ nhất P
1
pu=const
trong quá trình đoạn nhiệt: dq=du+dl
du+dl=cvdT+pdv=0 2
P
dl=-du hay pdv=-cvdT
puk=const 2’
Công trong quá trình được thực hiện nhờ
sự thay đổi nội năng chất khí. v1 v
c p − cv cp
RT dT dv
cv dT + dv = cv dT + Tdv = 0 + ( − 1) = 0
v v
T cv v
Ký hiệu k=cp/cv p1v1k = p2 v k = const
2
1− k 1− k
= T2 p = const
Tp k k
11 2
16
- Quá trình đa biến
Xét đại lượng thể hiện mối quan bởi mối quan hệ công thực
hiên của môi chất và nhiệt năng cung cấp trong quá trìnhđa biến
dl dp − du du c
ϕ= = = 1− = 1− v
dq dq dp c
Quá trình đa biến là quá trình trong đó công thực hiện bởi môi
chất tỷ lệ với nhiệt năng cung cấp, và tỷ lệ đó không đổi trong
toàn bộ quá trình.
Định luật nhiệt động học thứ nhất đối với quá trình đa biến:
dq=du+dl
Thay và RT c p − cv
dq = cdT p= = T
v v
dv
hoặc (*)
cdT = cv dT + (c p − cv )T
v
dT dv
(c − cv ) = (c p − cv )
T v
17
- Các phương trình đa biến
T2 c p − cv v2
ln =
Tích phân phương trình (*) ln
c − cv
T1 v1
c − cv
= m gọi là chỉ số đa biến
Đặ t
c − cv
m −1 m −1 m −1
=T v =T v
T1v1 22
P
Áp dụng phương trình Clapayron ta được
pum=const
p1v1m = p2 v2 = p v m
m
m=const
1− m 1− m 1− m
=T P =T P
TP m m m
11 22
v
18
- Entropi
Entropi
dq dT dv
= cv +R
dq=cvdT+pdv =>
T T v
dq
Đặt = ds
T
Đại lượng s (J/kg.K) được gọi là Entropi.
T>0 nên dấu (chiều) của Entropi xác định dấu (chiều) thay đổi
nhiệt năng. ds>0 nhiệt năng cung cấp cho vật thể và ngược
lại. T v T Tv T p
s − s0 = cv ln + R ln = c p ln − R ln 0 = c p ln − R ln
Tính Entropi
T v T Tv T p
0 0 0 0 0 0
Chọn điểm đầu có thông số T0,p0,v0 Entropi bằng không.
T v T p
s = cv ln + R ln = c p ln − R ln
T0 v0 T0 p0
19
- Sự thay đổi Entropi
Sự thay đổi Entropi trạng thái 1-2:
T2 v2
s2 − s1 = cv ln + R ln
T1 v1
T2
s2 − s1 = cv ln
Quá trình đẳng tích:
T1
T2
s2 − s1 = c p ln
Quá trình đẳng áp:
T1
v2 P2
s2 − s1 = Rv ln = − R ln
Quá trình đẳng nhiệt:
v1 P1
Quá trình đoạn nhiệt:dp=0 và ds=0 =>s=const. Nên quá trình này
còn được gọi là quá trình đẳng Entropi
m T2 T2
s2 − s1 = (c p − R ) ln = c ln
Quá trình đa biến:
m − 1 T1 T1
20
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
